JP5675016B2

JP5675016B2 - アクセルペダル装置

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Publication number: JP5675016B2
Application number: JP2010268437A
Authority: JP
Inventors: 山崎　茂; 茂山崎; 大睦藤八
Original assignee: Mikuni Corp; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Mikuni Corp; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2030-12-01
Also published as: US20120143441A1; JP2012116355A; EP2479055B1; EP2479055A2; US8660746B2; EP2479055A3

Description

本発明は、自動車等の車両に適用されるアクセルペダル装置に関し、特にアクセルペダルの操作に対する操作反力を変化させて運転者に注意を喚起するアクティブ制御機構を備えたアクセルペダル装置に関するものである。

近年の自動車等の車両においては、アクセルペダルの操作に対する操作反力を変化させて運転者に注意を喚起するアクティブ制御機構を備えたアクセルペダル装置が開発されて用いられている。本出願人は、特許文献１において、構造が簡単で小型化を図れ、ヒステリシス発生機構と、駆動源としてトルクモータを用いたアクティブ制御機構がそれぞれ独立して確実に機能し、応答性に優れたアクティブ制御が可能なアクセルペダル装置を提案している。

特開２０１０−１１１３７９号公報

図８は、トルクモータの回動角度とモータトルクとの関係を示すグラフである。
しかしながら、トルクモータは、同一電流を印加しても、図８に示すように、トルクモータの回動角度に応じて出力されるモータトルクが異なるという特性を有するため、特許文献１のアクセルペダル装置のように、アクティブ制御機構の駆動源としてトルクモータを用いて所望のモータトルクを発生させる場合には、トルクモータの回動角度を検出するＭＰＳ（モータポジションセンサ）を設け、上位装置から反力発生指令が入力された時のトルクモータの回動角度を把握する必要があり、コスト高になっていた。

本発明は斯かる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アクティブ制御機構の駆動源としてトルクモータを用いても、トルクモータの回動角度を検出するＭＰＳ（モータポジションセンサ）手段を設けることなく、正確にトルクモータを制御することができるアクセルペダル装置を提供することを目的とする。

本発明に係るアクセルペダル装置は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
請求項１記載のアクセルペダル装置は、アクセルペダルの操作に対して操作反力を付与するトルクモータと、前記アクセルペダルのアクセル開度を検出し、当該アクセル開度を上位装置に出力するアクセルポジション検出手段と、前記トルクモータの駆動を制御して前記操作反力を付与する反力制御手段とを備えるアクセルペダル装置であって、前記反力制御手段は前記上位装置から前記操作反力の付与を指令されると、前記アクセル開度に基づいて前記トルクモータの駆動を制御して前記操作反力を付与し、前記アクセルポジション検出手段は、前記上位装置から供給される基準電圧およびＧＮＤに基づいて前記アクセル開度を示すアクセルポジション信号を出力するセンサであり、前記基準電圧、前記ＧＮＤおよび前記アクセルポジション信号が前記アクセル開度として前記反力制御手段に入力され、前記基準電圧、前記ＧＮＤおよび前記アクセルポジション信号の少なくとも１つが高抵抗を介して前記反力制御手段に入力されることを特徴とする。
さらに、請求項２記載のアクセルペダル装置は、前記反力制御手段は、前記アクセルポジション検出手段で検出された前記アクセル開度に基づいて前記トルクモータの推定回動角度を決定し、当該推定回動角度に基づいて前記トルクモータの駆動の制御補正を行うことを特徴とする。
さらに、請求項３記載のアクセルペダル装置は、前記反力制御手段は、前記アクセルポジション検出手段で検出された前記アクセル開度が所定の開度以下では、前記トルクモータを駆動させることなく、前記操作反力を発生させないことを特徴とする。
さらに、請求項４記載のアクセルペダル装置は、前記反力制御手段に入力される前記ＧＮＤの電圧をオフセットするＧＮＤオフセット手段を具備することを特徴とする。

本発明によれば、反力制御手段は上位装置から操作反力の付与を指令されると、アクセル開度に基づいてトルクモータの駆動を制御して操作反力を付与するように構成することで、アクティブ制御機構の駆動源としてトルクモータを用いても、トルクモータの回動角度を検出する手段を設けることなく確実にトルクモータを制御することができるという効果を奏する。更にＭＰＳ（モータポジションセンサ）を使用しないため、コストを大幅に削減できるという効果を奏する。

本発明に係るアクセルペダル装置の第１の実施の形態の構成を示す側面図である。本発明に係るアクセルペダル装置の第１の実施の形態の内部構成を示す側面図である。本発明に係るアクセルペダル装置の第１の実施の形態の構成を示す概略ブロック図である。本発明に係るアクセルペダル装置の第１の実施の形態の動作を説明するためのデータフロー図である。図３に示すマイコンで実行されるペダル調整力（操作反力）禁止処理を説明するための説明図である。図３に示すマイコンで実行されるモータ角度推定処理に用いられる回動角度推定マップ例を示すグラフである。本発明に係るアクセルペダル装置の第２の実施の形態の構成を示す概略ブロック図である。トルクモータの回動角度とモータトルクとの関係を示すグラフである。

（第１の実施の形態）
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態のアクセルペダル装置１０は、電子制御スロットルシステム（ドライブバイワイヤシステム）に適用されるアクセルペダル装置であり、図１乃至図３を参照すると、自動車等の車体に取り付けられるハウジング１１と、アクセルペダル１２を有しハウジング１１により揺動自在に支持されたペダルアーム１３と、ペダルアーム１３を休止位置に戻す付勢力を及ぼして操作反力を付与する復帰バネ１４と、操作反力にヒステリシスを発生させるためのヒステリシス発生機構２０と、ペダルアーム１３の回動角度をアクセルペダル１２の操作によるアクセル開度として検出して、検出したアクセル開度をＡＰＳ信号として上位装置であるＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）５０に出力するＡＰＳ（アクセルペダルポジションセンサ）１５と、調整力を発生させてアクセルペダル１２の操作に対する操作反力を変化させるアクティブ制御機構３０と、ＥＣＵ５０からＣＡＮ（Controller Area Network）通信線経由で入力される調整力（操作反力）発生指令に基づいて、アクティブ制御機構３０を制御して調整力を発生させ、アクセルペダル１２の操作に対して操作反力を付与するコントロールユニット（制御基板）４０とを備えている。

ＡＰＳ１５は、ペダルアーム１３の揺動支軸Ｌの周りに配置され、ペダルアーム１３の回動角度をアクセル開度として検出する位置センサであり、ペダルアーム１３の回動角度を高精度に検出することが求められている。本実施の形態では、ＡＰＳ１５として、ペダルアーム１３の揺動に伴って揺動支軸Ｌの周りの磁束密度を変化させ、この磁束密度の変化をホール素子で検出することでペダルアーム１３の回動角度をアクセル開度として検出する非接触式の磁気式センサを採用した例について説明する。

ＡＰＳ１５は、アクセルペダル１２のアクセル開度を検出し、当該アクセル開度をＥＣＵ５０に出力するアクセルポジション検出手段として機能し、アクセル操作をＥＣＵ５０に伝達するための主要な部品であるため、上位装置であるＥＣＵ５０によって直接制御されるように構成されている。すなわち、図３に示すように、ＥＣＵ５０からＡＰＳ１５に基準電圧とＧＮＤとが供給され、ＡＰＳ１５のホール素子がＥＣＵ５０によって定電圧駆動される。また、ＡＰＳ１５から出力されるＡＰＳ信号は、磁束密度に応じて出力される電圧信号であり、コントロールユニット（制御基板）４０を介することなくＥＣＵ５０に直接入力されるように構成され、コントロールユニット（制御基板）４０に障害が生じた場合でも、運転に支障が生じないようになっている。

アクティブ制御機構３０は、図２を参照すると、回動軸Ｒがペダルアーム１３の揺動支軸Ｌとは異なる箇所に配置されトルクモータ３１と、トルクモータ３１の回動軸Ｒに取り付けられ、ペダルアーム１３に当接して調整力（操作反力）を付与する戻しレバー３２を備え、トルクモータ３１が調整力（操作反力）を発生させるための駆動源として機能する。戻しレバー３２は、トルクモータ３１がモータトルク（駆動力）を及ぼさないときでも、トルクモータ３１に備えられる図示しない磁石による磁気スプリング作用により戻しレバー３２がペダルアーム１３の揺動に追従することで、トルクモータ３１の回動軸が回動し、一方、トルクモータ３１がモータトルク（駆動力）を及ぼすとき、休止位置に向けて押し戻す方向の調整力（操作反力）をペダルアーム１３に対して及ぼすようになっている。

コントロールユニット（制御基板）４０は、トルクモータ３１の駆動を制御して操作反力を付与する反力制御手段として機能し、図３を参照すると、ＰＷＭ信号によってトルクモータ３１を駆動するための駆動回路４１と、トルクモータ３１を流れる実際の電流値である実モータ電流値を検出する電流検出回路４２と、駆動源であるトルクモータ３１を用いた調整力（操作反力）の発生を制御するマイコン４３と、図示しないバッテリからの電力をマイコン４３に供給する電源回路４４と、ＣＡＮ通信線に接続されたインターフェース回路である通信Ｉ／Ｆ回路４５と、ＥＣＵ５０からＡＰＳ１５に供給される基準電圧とＧＮＤとをマイコン４３に供給するＡＰＳ基準電圧入力回路４６と、ＡＰＳ１５から出力されるＡＰＳ信号をマイコン４３に入力するＡＰＳ入力回路４７とを備えている。

マイコン４３には、ＡＰＳ信号がＡＰＳ入力回路４７を介して入力されると共に、電圧信号であるＡＰＳ信号の比較対象の基準電圧とＧＮＤがＡＰＳ基準電圧入力回路４６を介して供給されることで、ＡＰＳ１５によって検出されたアクセル開度が正確に入力される。

なお、ＡＰＳ入力回路４７は、ＡＰＳ１５からＥＣＵ５０にＡＰＳ信号を出力する通信ラインに抵抗Ｒ１を介して接続されており、電圧信号であるＡＰＳ信号が抵抗Ｒ１を介して入力されるようになっている。抵抗Ｒ１は、高い抵抗値を有し、アクセルペダル装置１０のコントロールユニット（制御基板）４０側で障害が生じても、ＡＰＳ１５から上位装置であるＥＣＵ５０に出力されるＡＰＳ信号に与える影響を最小限にするために設けられており、仮にアクセルペダル装置１０のコントロールユニット（制御基板）４０側の信号がグランド、又は、電源がショートしたとしても、ＥＣＵ５０が求める精度範囲内にＡＰＳ信号に与える影響が収まるように設定されている。

次に、第１の実施の形態のアクセルペダル装置１０における調整力発生動作について図３乃至図６に基づいて説明する。

ＥＣＵ５０は、前方の先行車との距離を検出する図示しない距離センサの出力によって、先行車に近づきすぎたことを検出した時や、運転状況（エンジン回転、車速、負荷等）を判断して、これ以上アクセルペダル１２を踏み込むと燃費が悪化すると判断した時に、調整力発生指令をＣＡＮ通信線経由でアクセルペダル装置１０に出力する。なお、調整力発生指令には、アクティブ制御機構３０によって発生させる調整力（操作反力）の値が調整力指示値として指定されている。

ＣＡＮ通信線経由でアクセルペダル装置１０に入力された調整力発生指令は、コントロールユニット４０の通信Ｉ／Ｆ回路４５を介してマイコン４３に入力される。調整力発生指令が入力されたマイコン４３は、アクセル開度に基づいて、ペダル調整力禁止処理Ｓ１を実行するか否かを判断する。

ペダル調整力禁止処理Ｓ１は、調整力発生指令が上位ＥＣＵ５０から入力されても、調整力（操作反力）を発生させない処理であり、アクセルペダル１２の位置、すなわちアクセル開度が調整力禁止領域内であった場合に実行される。調整力禁止領域は、図５（ａ）に示すように、アクセルペダルの踏込み方向と戻り方向とで異なる禁止閾値をもっており、アクセルペダルの戻り方向の禁止閾値がアクセルペダルの踏込み方向の禁止閾値より小さく設定される。つまり、アクセルペダルの移動方向によって禁止閾値が異なっており、アクセルペダル１２を踏み込んでいく方向、すなわちアクセル開度が増加する方向では、予め設定された閾値Ａ［％］以下が調整力禁止領域として設定され、アクセルペダル１２を戻す方向、すなわちアクセル開度が減少する方向では、閾値Ａよりも小さい値である予め設定された閾値Ｂ［％］以下が調整力禁止領域として設定されている。

従って、調整力発生指令が入力されている状態で、図５（ｂ）に示すように、アクセルペダル１２を０［％］から踏み込んでいく時、アクセル開度が閾値Ａ［％］を越えるまでは、ペダル調整力禁止処理Ｓ１が実行されて調整力（操作反力）が発生されず、閾値Ａ［％］を越えると、調整力発生指令の調整力指示値に応じた調整力（操作反力）が発生されることになる。

また、アクセル開度が閾値Ａ［％］を越えた後に、アクセルペダル１２を戻す方向、すなわちアクセル開度が減少する方向において、アクセル開度が閾値Ｂ以下になり、アクセル開度が調整力禁止領域内になっても、すぐには、調整力（操作反力）の発生が停止されるわけではない。すなわち、図５（ｂ）に示すように、アクセル開度が減少する方向において、アクセル開度が閾値Ｂ以下になった状態が予め設定された所定時間Ｔ［ｓ］間続いた場合に、所定の勾配で調整力を０［Ｎ］まで減少させて行くように制御される。このように、所定の勾配をもって調整力を減少させることで、ペダル調整力禁止領域である低開度のアクセル開度において、発生しやすいアクセルペダルのばたつきを防止できる。

このようなペダル調整力禁止処理Ｓ１をアクセルペダル装置１０のコントロールユニット４０で行うことで、ＥＣＵ５０では、アクセル開度を意識することなく、アクセル開度以外の要因に基づいて調整力発生指令を行うタイミングを決定することができ、ＥＣＵ５０の負荷を軽減させることができる。

また、調整力発生指令が入力されたマイコン４３は、ＡＰＳ１５から入力されたアクセル開度に基づいてトルクモータ３１の回動角度を推定した推定回動角度を算出するモータ角度推定処理Ｓ２を実行する。マイコン４３には、図６に示すような、アクセル開度と推定回動角度とを対応づけた回動角度推定マップが予め記憶されている。マイコン４３は、モータ角度推定処理Ｓ２として、回動角度推定マップを用いて、入力されたアクセル開度からトルクモータの推定回動角度を算出する。なお、モータ角度推定処理Ｓ２は、調整力発生指令が入力されたタイミングだけでなく、常時行うように構成しても良い。

モータ角度推定処理Ｓ２によって算出された推定回動角度は、個別補正処理Ｓ３によってアクセルペダル装置１０の固体ばらつきを補正した推定回動角度に補正される。個別補正処理Ｓ３では、アクセルペダル装置１０を組み付けた際に、装置個別に発生するモータ角度位置とアクセルペダル開度位置のずれをあらかじめ検出し、その検出値によって補正値を決定する。この補正値に基づいて、モータ角度推定処理Ｓ２によって算出された推定回動角度を補正する。

個別補正処理Ｓ３によって算出された推定回動角度は、アクセル開度に応じたトルクモータ３１の回動角度を表している。すなわち、アクティブ制御機構３０において、トルクモータ３１がモータトルク（駆動力）を及ぼさないときにおいても、トルクモータ３１に備えられる磁石による磁気スプリング作用により戻しレバー３２がペダルアーム１３の揺動に追従して、トルクモータ３１の回動軸が回動されるため、ＡＰＳ１５で検出されるアクセル開度、すなわちペダルアーム１３の回動角度とトルクモータ３１の回動角度とが連動する。アクセル開度からトルクモータ３１の回動角度を推定することができる。これにより、トルクモータ３１の回動角度を検出することができる。

調整力発生指令が入力された時に、アクセル開度が調整力禁止領域内ではなく、ペダル調整力禁止処理Ｓ１を実行しないと判断された場合には、マイコン４３は、トルクモータ３１を駆動する目標電流値を算出するモータ電流計算処理Ｓ４を実行する。マイコン４３には、調整力発生指令の調整力指示値と、当該調整力指示値で指示された調整力を得るためにトルクモータ３１に負荷する電流値とトルクモータ３１の推定回動角度とを対応づけたトルク電流変換マップが予め記憶されている。マイコン４３は、モータ電流計算処理Ｓ４として、トルク変電流換マップを用いて、調整力発生指令の調整力指示値からトルクモータ３１に負荷する目標電流値を算出する。

モータ電流計算処理Ｓ４で算出された目標電流値は、モータ駆動制御Ｓ５において電流検出回路４２によって検出されたトルクモータの実際の実電流値と比較する。モータ駆動制御Ｓ５の実行により、目標電流値と実電流値との差分をトルクモータ３１に負荷する必要電流値としてPWM信号にて算出する。さらに、モータ駆動制御Ｓ５において、現在の電源電圧であるバッテリ実電圧とバッテリ基準電圧とを比較して、バッテリ実電圧に合わせてPWM信号を補正して駆動回路４１に出力する。

マイコン４３から必要電流値としてのPWM信号が駆動回路４１に入力され、トルクモータ３１を駆動すると共に、電流検出回路４２によって検出された実モータ電流値でフィードバック制御を行うことで、目標モータトルクを発生させる。これにより、調整力発生指令の調整力指示値に応じた調整力（操作反力）が発生し、アクセルペダル１２の操作に対する操作反力を変化させて運転者に注意を喚起させることができる。

なお、第１の実施の形態では、ＡＰＳ１５によって検出されるアクセル開度が、ＥＣＵ５０を経由することなくＡＰＳ１５からコントロールユニット４０に直接入力されるように構成したが、アクセル開度がＥＣＵ５０からＣＡＮ通信経由でコントロールユニット４０に入力されるように構成しても良い。但し、アクセル開度をＥＣＵ５０からＣＡＮ通信経由でコントロールユニット４０に入力する場合には、アクセル開度がアクセルペダル装置１０とＥＣＵ５０とを往復してレスポンスが悪化してしまうため、第１の実施の形態のように、アクセル開度をＡＰＳ１５からコントロールユニット４０に直接入力するように構成した方が好ましい。また、第１の実施の形態では、アクセル開度をアクティブ制御のために使用するため、アクセルペダル装置１０の本体で処理が完結するのが、システムとしても理想であり、アクセル開度をＡＰＳ１５からコントロールユニット４０に直接入力することでシステムを複雑にしなくて済む。さらに、アクセル開度をＡＰＳ１５からコントロールユニット４０に直接入力すると共に、上位のＥＣＵ５０に入力されたアクセル開度をＣＡＮ通信でアクセルペダル装置１０に送信し、両方のアクセル開度を比較することで、アクセル開度が正しく検出されているか否かを判定するフェイル判定処理を行なうこともできる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について図７を参照して説明する。
第２の実施の形態のアクセルペダル装置１０ａでは、ＥＣＵ５０からＡＰＳ１５に供給される基準電圧が抵抗Ｒ２を介して、ＥＣＵ５０からＡＰＳ１５に供給されるＧＮＤが抵抗Ｒ３を介してそれぞれＡＰＳ基準電圧入力回路４６に供給されるように構成されていると共に、抵抗Ｒ４および抵抗Ｒ５を用いてＡＰＳ基準電圧入力回路４６に入力されるＧＮＤを補正するように構成されている点が第１の実施の形態と相違している。

ＡＰＳ基準電圧入力回路４６は、ＥＣＵ５０からＡＰＳ１５に基準電圧を供給する電源ラインに抵抗Ｒ２を介して接続されており、基準電圧が抵抗Ｒ２を介して供給されるようになっている。また、ＡＰＳ入力回路４７は、ＥＣＵ５０からＡＰＳ１５にＧＮＤを供給するＧＮＤラインに抵抗Ｒ３を介して接続されており、ＧＮＤが抵抗Ｒ３を介して供給されるようになっている。抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３は、高い抵抗値を有し、アクセルペダル装置１０ａのコントロールユニット４０側で障害が生じても、ＡＰＳ１５から上位装置であるＥＣＵ５０に出力されるＡＰＳ信号に与える影響を最小限にするために設けられており、仮にアクセルペダル装置１０ａのコントロールユニット４０内で電源ラインとＧＮＤラインがショートしたとしても、ＥＣＵ５０が求める精度範囲内にＡＰＳ信号に与える影響が収まるように設定されている。

また、電源回路４４からマイコン４３に電源を電源ラインに抵抗Ｒ４の一端部が接続され、抵抗Ｒ４の他端部に、他端部が接地された抵抗Ｒ５の一端部が接続されている。さらに、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５との接続点と、抵抗Ｒ３とＡＰＳ基準電圧入力回路４６との接続点とが接続されている。これにより、抵抗Ｒ４および抵抗Ｒ５が、ＡＰＳ基準電圧入力回路４６に入力されるＧＮＤの電圧をオフセットするＧＮＤオフセット手段として機能し、ＡＰＳ基準電圧入力回路４６に入力されるＧＮＤの電圧が補正される。これにより、GND電圧が−側に変位した場合であっても＋側へGND電圧をオフセットすることが出来る。したがって、マイコン４３に内蔵されるA／Dコンバータが−側のGND電圧を入力することが出来ない場合においても、確実にGND電圧を測定できる。

なお、本発明は上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。

１０アクセルペダル装置
１１ハウジング
１２アクセルペダル
１３ペダルアーム
１４復帰バネ
１５ＡＰＳ（アクセルペダルポジションセンサ）
２０ヒステリシス発生機構
３０アクティブ制御機構
３１トルクモータ
３２戻しレバー
４０コントロールユニット
４１駆動回路
４２電流検出回路
４３マイコン
４４電源回路
４５通信Ｉ／Ｆ回路
４６ＡＰＳ基準電圧入力回路
４７ＡＰＳ入力回路
５０ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）

Claims

アクセルペダルの操作に対して操作反力を付与するトルクモータと、
前記アクセルペダルのアクセル開度を検出し、当該アクセル開度を上位装置に出力するアクセルポジション検出手段と、
前記トルクモータの駆動を制御して前記操作反力を付与する反力制御手段とを備えるアクセルペダル装置であって、
前記反力制御手段は、前記上位装置から前記操作反力の付与を指令されると、前記アクセル開度に基づいて前記トルクモータの駆動を制御して前記操作反力を付与し、
前記アクセルポジション検出手段は、前記上位装置から供給される基準電圧およびＧＮＤに基づいて前記アクセル開度を示すアクセルポジション信号を出力するセンサであり、
前記基準電圧、前記ＧＮＤおよび前記アクセルポジション信号が前記アクセル開度として前記反力制御手段に入力され、前記基準電圧、前記ＧＮＤおよび前記アクセルポジション信号の少なくとも１つが高抵抗を介して前記反力制御手段に入力されることを特徴とするアクセルペダル装置。
前記反力制御手段は、前記アクセルポジション検出手段で検出された前記アクセル開度に基づいて前記トルクモータの推定回動角度を決定し、当該推定回動角度に基づいて前記トルクモータの駆動の制御補正を行うことを特徴とする請求項１記載のアクセルペダル装置。
前記反力制御手段は、前記アクセルポジション検出手段で検出された前記アクセル開度が所定の開度以下では、前記トルクモータを駆動させることなく、前記操作反力を発生させないことを特徴とする請求項２記載のアクセルペダル装置。
前記反力制御手段に入力される前記ＧＮＤの電圧をオフセットするＧＮＤオフセット手段を具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のアクセルペダル装置。