JP2006285306A - 操作入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 操作力を検出しなくとも、入力操作部材に加えられた操作力に対して適切な反力を発生させることができ、装置コストを低く抑えながら、運転者の好みに合った様々な操作感を生み出すことが可能な車両の操作入力装置を提供する。
【解決手段】 レーキペダル等の入力操作部材１１と、該入力操作部材１１に加えられた操作力に対して任意の反力を発生することが可能なアクティブ反力発生機構１４及び入力操作部材に加えられた操作力に対して受動的に反力を発生するパッシブ反力発生機構１３を有する反力発生機構１２と、前記入力操作部材１１の操作量及び操作速度を検出する操作情報検出手段１５と、該操作情報検出手段１５により検出された前記操作量及び操作速度に基づいて前記操作力を推定し、この推定操作力に基づいて前記アクティブ反力発生機構１４が発生するアクティブ反力を制御する制御手段１００と、を具備してなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の操作入力装置に係り、特に、ブレーキペダル等の入力操作部材に加えられた操作力に対して任意の反力を発生することのできるアクティブ反力発生機構を備えた車両の操作入力装置に関する。

近年、車両において、ブレーキペダル等の入力操作部材を持つ操作入力機構部と車両の挙動を決定する制動手段やエンジン制御手段等を持つ車両システム部とを電気的に接続し、操作入力機構部の動作と車両の動作とを相互に独立して制御する技術が開発されている。

ここで、入力操作部材は、通常、運転者がそれに力を加えることにより操作されるため、操作しやすいように（踏み込み量等がわかるように）反力を発生させる必要がある。入力操作部材に対して走行状態や環境に応じた適切な反力を発生させることによって、運転者の好みに合った様々な操作感を生み出すことが可能となり、また、運転性の向上や運転疲労の軽減を図ることができる。

前記反力を発生する機構としては、ばね部材やダンパ等を用いた機械的な構成（物質の特性やその構造）により入力操作部材に加えられた操作力に応じて予め定められた特性にしたがって受動的に反力を発生するパッシブ反力発生機構と、電気的に制御可能な電動アクチュエータ等により任意の反力を発生することができるアクティブ反力発生機構と（例えば下記特許文献１等を参照）、があり、それら二つの反力発生機構を併用することにより、小容量、低出力のアクチュエータで前記反力を実用範囲内で可変制御することが可能となる。
特開２００２−３２３９３０号公報

ところで、パッシブ反力発生機構とアクティブ反力発生機構とを併用した場合、所望の反力特性を得るためには、パッシブ反力発生機構の反力特性をアクティブ反力発生機構で抑え込まなければならず、また、アクティブ反力発生機構での反力発生に伴う摩擦抵抗や環境による外乱等の影響を補償する必要がある。

そのため、パッシブ反力発生機構とアクティブ反力発生機構とを併用した場合、アクティブ反力発生機構の制御が難しく、運転者に違和感を与えてしまうおそれがある。

かかる問題を解消するための一つの方策として、アクティブ反力発生機構が発生する反力を制御するため、入力操作部材の操作量及び操作速度に加えて入力操作部材に加えられる操作力を検出し、それらの操作情報に基づいてアクティブ反力発生機構の制御を行うことが考えられる。

しかしながら、入力操作部材に加えられる操作力を検出するためには、別途に操作力検出用のセンサを追加しなければならず、これに伴い配線の引き廻しや専用の信号処理回路等も必要となり、さらにセンサを組み込むことにより、ブレーキぺダル等の入力操作部材周りの構成が複雑となり、部品点数、組み立て工数等が増加して装置コストが高くなる嫌いがある。また、操作力検出用のセンサ、配線、信号処理回路等に故障や断線が生じた場合には、アクティブ反力発生機構を適正に制御できなくなるといった問題もあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その主目的とするところは、操作力を検出しなくとも、入力操作部材に加えられた操作力に対して適切な反力を発生させることができ、もって、装置コストを低く抑えながら、運転者の好みに合った様々な操作感を生み出すことを可能とするとともに、運転性の向上や運転疲労の軽減等を図ることができるようにされた車両の操作入力装置を提供することにある。

本発明の他の目的とするところは、操作力検出用のセンサ、配線、信号処理回路等に故障や断線が生じた場合でも、アクティブ反力発生機構を適正に制御することができるようにされた操作入力装置を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係る車両の操作入力装置は、基本的には、ブレーキペダル等の入力操作部材と、該入力操作部材に加えられた操作力に対して任意の反力を発生することが可能なアクティブ反力発生機構を有する反力発生機構と、前記入力操作部材の操作量及び操作速度を検出する操作情報検出手段と、該操作情報検出手段により検出された前記操作量及び操作速度に基づいて前記操作力を推定し、この推定操作力に基づいて前記アクティブ反力発生機構が発生するアクティブ反力を制御する制御手段と、を具備して構成される。

以下に好ましい態様を列挙する。
前記反力発生機構は、好ましくは、前記アクティブ反力発生機構に加えて、前記入力操作部材に加えられた操作力に対して受動的に反力を発生するパッシブ反力発生機構を有する。

前記制御手段は、好ましくは、前記操作量及び操作速度に基づいて前記パッシブ反力発生機構が発生する反力を推定するパッシブ反力推定手段を備える。

前記制御手段は、好ましくは、前記操作量及び操作速度に基づいて前記操作力を推定する操作力推定手段と、前記操作量及び操作速度に基づいて前記反力発生機構が発生すべき目標反力を設定する目標反力設定手段と、前記操作力推定手段により推定された推定操作力と前記目標反力設定手段により設定された目標反力とに基づいて、前記アクティブ反力発生機構を駆動するための制御量を設定する制御量設定手段と、を備える。

前記制御手段は、好ましくは、前記反力発生機構が発生する反力のうち、該制御手段により制御することができない外乱を、前記操作情報検出手段から得られる操作速度もしくは操作加速度に基づいて推定する外乱推定手段を備える。

前記制御手段は、好ましくは、前記外乱推定手段により推定された外乱を用いて、前記制御量設定手段により設定された制御量を補正する外乱補償手段を備えていることを特徴とする請求項５に記載の操作入力装置。

前記操作情報検出手段は、前記操作量及び操作速度に加えて、前記入力操作部材に加えられる操作力を検出するようにされる。

前記制御手段は、好ましくは、前記推定操作力と前記操作情報検出手段により検出された検出操作力とを比較し、この比較結果に基づいて前記操作力が正常に検出されているか否かを判定する検出状態判定手段を備える。

前記制御手段は、好ましくは、前記検出状態判定手段により、前記操作力が正常に検出されていると判定されているときには、前記検出操作力を用いて前記アクティブ反力発生機構が発生する反力を制御し、前記操作力が正常には検出されていないと判定されたときには、前記検出操作力に代えて前記推定操作力を用いて前記アクティブ反力発生機構が発生する反力を制御するようにされる。

本発明に係る車両の操作入力装置は、入力操作部材の操作量及び操作速度に基づいてそれに加えられた操作力を推定し、この推定された操作力に基づいてアクティブ反力発生機構が発生する反力を制御するようにされるので、操作力を検出しなくとも、入力操作部材に加えられた操作力に対して適切な反力を発生させることができ、そのため、装置コストを低く抑えながら、運転者の好みに合った様々な操作感を生み出すことができるとともに、運転性の向上や運転疲労の軽減等を図ることができる。

また、別途に操作力を検出するようにされ、操作力が正常に検出されているか否かを判定し、正常に検出されていないと判定されたときには、検出操作力に代えて推定操作力を用いてアクティブ反力発生機構が発生する反力を制御するようにされるので、操作力検出用のセンサ、配線、信号処理回路等に故障や断線が生じた場合でも、アクティブ反力発生機構を適正に制御することができ、装置の信頼性等を向上させることができる。

以下、本発明の車両の操作入力装置の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る車両に備えられる操作入力装置の一実施形態の概要を模式的に示す機能ブロック図である。図示の実施形態の操作入力装置１０は、ブレーキペダル等の入力操作部材１１と、この入力操作部材１１に加えられた操作力に対して反力を発生する反力発生機構１２と、この反力発生機構１２が発生する反力を制御するための制御手段としてのコントロールユニット１００と、入力操作部材１１の操作量、操作速度、及び操作加速度を検出する操作情報検出手段１５と、を備える。

前記反力発生機構１２は、パッシブ反力発生機構１３とアクティブ反力発生機構１４とからなり、前記操作情報検出手段１５は、センサ（直接検出部）１６とコントロールユニット１００内の信号処理部１０７とからなっている。

コントロールユニット１００は、それ自体はよく知られているもので、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入力回路、出力回路、入出力ポート等を有しており、機能的には、ここでは、前記アクティブ反力発生機構１４が発生する反力を制御するアクティブ反力制御手段１１０と、前記パッシブ反力発生機構１３が発生する反力を推定するパッシブ反力推定手段１２０と、外乱を推定する外乱推定手段１３０と、入力操作部材１１に加えられた操作力を推定する操作力推定手段１４０と、を備える。

以下、各部を具体例を挙げながら詳細に説明する。
前記入力操作部材１１をブレーキペダルとすると、図２示される如くの構成をとることができる。入力操作部材であるペダル１１が運転者により踏み込まれると、ペダル１１は、回転軸１１ａを支点にして、その踏み込み力（操作力）に応じた位置まで揺動せしめられる。この際、ペダル１１の踏み込み量が操作量（操作幅）となり、そのときの時間に伴う操作幅の変動量が操作速度もしくは操作加速度となり、それらの操作量、操作速度、及び操作加速度が、操作情報検出手段１５の直接検出部を構成する一つ又は複数のセンサ１６により検出される。

前記アクティブ反力発生機構１４は、例えば、前記回転軸１１ａにその出力軸が連結された電動アクチュエータからなり、この電動アクチュエータに供給する電流もしくは電力を前記アクティブ反力制御手段１１０によって制御することにより、ペダル１１に任意の反力を付与することができる。この場合、ペダル１１にかかる反力は、例えば後述する図１２に示される如くのばね部材とダンパとからなるパッシブ反力発生機構１３が発生する反力とアクティブ反力発生機構１４が発生する反力とを合計したものとなり、パッシブ反力発生機構１３が基本の反力を発生し、アクティブ反力発生機構１４が、合計反力が適切なものとなるように補正反力を発生するようにされる。これにより、アクティブ反力発生機構１４を構成する電動アクチュエータの出力（消費エネルギ）を抑えつつ、ブレーキペダル１１に必要にして充分な反力を付与することができ、アクティブ反力発生機構１４として小容量、低出力のものを採用することが可能となり、装置コストを低く抑えることができる。なお、パッシブ反力発生機構１３とアクティブ反力発生機構１４とは、一体化したものでもよい。また、アクティブ反力発生機構１４が発生する反力は、通常、パッシブ反力発生機構１３が発生する反力と同方向に付与される、つまり、入力操作部材１１に加えられる反力を上乗せするように付与されるが、それとは逆に、アクティブ反力発生機構１４が発生する反力をパッシブ反力発生機構１３が発生する反力とは逆方向に付与して、入力操作部材１１に加えられる反力を小さくするようにしてもよい。

また、プレーキペダル周りの構成例としては、図３に示される如くのものでもよい。すなわち、反力発生機構１２を構成する、モータが連結された減速器３０を備え、この減速器３０によりペダル３３に反力を付加する。ペダル３３には、操作情報検出手段１５の直接検出部を構成するストロークセンサ３１が取り付けられ、このストロークセンサ３１により、ペダル３３の操作量（及び操作速度もしくは操作加速度）を検出する。なお、ペダル３３は、機構的に後方側のペダル３４まで踏み込むことができるようになっており、ストッパ３２により踏み込み動作（揺動）範囲が制限されている。

なお、操作入力装置１０としては、入力操作部材１１が、前記プレーキペダルであるものだけではなく、アクセルペダル等の他のペダル、レバー、ステアリングハンドル等の、車両を運転するために足あるいは手で操作されるものであればよい。入力操作部材１１は、足あるいは手により与えられる操作力によって、一定の範囲に拘束された回転（揺動、旋回）あるいは直線運動を行う。ここで、入力操作部材１１として、図４に示される如くのペダル５０を考えると、ペダル５０の先端部５０ａに操作力としての踏み込み力が加わると、回転軸５１を中心（支点）にしてペダル５０が回転（揺動）する。操作力としての踏み込み力が加えられるペダルとしては、図５に示されるペダル５２のように、回転軸５３がペダル５２の先端部５２ａより下にあるものでも、図６に示されるペダル５４のように、先端部５４ａに踏み込み力が加えられると直線運動をするように拘束されているものでもよい。また、入力操作部材１１は、図７に示される如くの、握り部５５ａを有する、手で操作されるレバー５５であっても、図８に示されるレバー５６のように、グリップ５７と一緒に握られるようなものでもよく、さらに、図９に示されるレバー５８のように、支軸５９を中心にして握り部５８ａを回転させるようなものでもよい。

一方、前記パッシブ反力発生機構１３は、物質の特性や機械的構造により入力操作部材１１の状態に応じて受動的に反力を発生する。発生する反力特性は、それを構成する物質の特性や機械的構造により予め定められたものとなり、電気的制御によってはその特性を変えることはできない。パッシブ反力発生機構１３から生じる反力には、特性として、操作量に応じて発生反力が変化する弾力特性及び操作速度に応じて発生反力が変化する減衰特性のうちの少なくとも一方を含んでおり、パッシブ反力発生機構１３は、好ましくは、それら両方を組み合わせた反力を発生するようにされる。この場合、パッシブ反力発生機構１３が発生する反力は、例えば図１０に示される如くに操作量によって変化するとともに、例えば図１１に示される如くに操作速度によって変化する。

パッシブ反力発生機構１３としては、図１２に示される如くに、弾力特性を持つばね部材７０と減衰特性を持つダンパ７１とを備え、ペダル７２と固定部７３との間に挟まれるように介装されたもの（１３Ａ）が好ましいが、その他、図１３に示される如くに、一端部がペダル６０に連結され、他端部がペダル６０を揺動自在に支持する固定部６１に連結された引っ張りコイルばね７４からなるもの（１３Ｂ）や、図１４に示される如くに、一端部がペダル６２の回転軸部６２ｂに連結され、他端部がペダル６０を揺動自在に支持する固定部６３に連結されたねじりコイルば（戻しばね）７６からなるもの（１３Ｃ）でもよい。

また、前記アクティブ反力発生機構１４は、前記したように、例えば、ペダルの回転軸に連結された電動アクチュエータで構成され、この電動アクチュエータに供給する電流もしくは電力を前記アクティブ反力制御手段１１０によって制御することにより、ペダルに任意の反力を付与することができる。電動アクチュエータとしては、モータやソレノイドあるいは油圧ポンプが使用され、好ましくは、アクチュエータで生ずる力を増幅するための増幅機構あるいは減速機構を備える。

アクティブ反力発生機構１４としては、具体的には、図１５に示される如くに、ペダル８１の回転軸８１ｂに連結されたモータ等の回転アクチュエータ８０で構成され、この回転アクチュエータ８０が発生する回転力を反力としてペダル８１に付与するもの（１４Ａ）、あるいは、図１６に示される如くに、ペダル８３の背面側に取り付けられた直動アクチュエータ８２からなるもの（１４Ｂ）でもよい。直動アクチュエータとしては、ソレノイドや直動型電動モータを用いてもよいし、図１７に示される如くに、回転アクチュエータ８５の回転を運動変換機構８４（ラック−ピニオン機構）で直線運動に変換してペダル８６に反力を付与するようにしたもの（１４Ｃ）でもよい。この場合、運動変換手段８４としては、例えば、ウォームギアやボールねじ等も用いることができる。また、直動型アクチュエータとしては、図１８に示される如くに、モータ駆動の油圧ポンプ８８とシリンダ８７からなり、油圧ポンプ８８で発生した油圧でピストン８７ａを駆動し、ペダル８９に反力を与えるようにしたもの（１４Ｄ）でもよい。

また、前記操作情報検出手段１５に備えられる、操作量を検出するセンサ１６としては、ストロークセンサ、ポテンショメータ、ロータリエンコーダ等を用いることができる。操作量を検出するセンサ１６としてストロークセンサが用いられる場合には、例えば、図１９に示されるもの（４２）のように、シリンダ形の本体部分からロッド４２ａが伸縮自在に突出してその先端部がペダル４０に連結係止され、ロッド４２ａの移動量を操作量として検出するようにされる。この場合、ロッド４２ａの移動量は、例えば、可変抵抗を用いれば電気抵抗の変化として、磁気回路を用いれば磁気抵抗の変化として検出することができる。また、操作量を検出するセンサ１６としてポテンショメータが用いられる場合には、それを例えばペダルの回転軸に取り付け、ペダルの回転角度（操作量）を電気抵抗の変化として検出するようにされる。さらに、操作量を検出するセンサ１６としてロータリエンコーダが用いられる場合には、それを例えばペダルの回転軸に取り付け、ペダルの回転角度（操作量）を検出するようにされる。この場合、回転角度は、磁気素子が用いられる場合は磁気の変化として検出することができ、また、回転スリットを用いて光ピックアップで回転角度を検出するようにしてもよい。また、ペダルの操作量を、レーザ光をペダルに照射してその位相を計測することによっても検出することができる。さらに、センサ１６が操作速度を検出するものである場合は、検出された操作速度を信号処理部１０７で積分することにより操作量を求めることができる。

一方、前記操作情報検出手段１５に備えられる、操作速度を検出するセンサ１６としては、タコメータが用いられる。この場合は、例えば、巻き線に対する磁束の変化により発生する起電力を用いてペダルの回転速度（操作速度）を検出するようにされる。また、センサ１６が操作量を検出するものである場合は、検出された操作量を信号処理部１０７で微分することにより操作速度を求めることができる。さらに、センサ１６が操作加速度を検出するものである場合は、検出された操作加速度を信号処理部１０７で積分することにより操作速度を求めることができる。

また、操作加速度は、加速度センサを用いて検出するようにしてもよいが、本実施形態では、必要に応じてセンサ１６（例えばタコメータ）により検出される操作速度を信号処理部１０７で微分することにより求めるようにされる。

次に、コントロールユニット１００内の機能ブロックで示される各手段について説明する。
前記アクティブ反力制御手段１１０は、操作情報検出手段１５から得られる情報（操作量、操作速度、及び操作加速度）に基づいて、アクティブ反力発生機構１４を制御するもので、目標反力設定手段１１２と、制御量設定手段１１４と、外乱補償手段１１６と、を備える。目標反力設定手段１１２は、反力発生機構１２（パッシブ反力発生機構１３とアクティブ反力発生機構１４とを合わせたもの）に発生させるべき目標反力を設定する。目標反力は、例えば、図２０及び図２１に示される如くの、操作量−弾力係数マップ及び操作量−減衰係数マップからそのときの操作量に対応する弾性係数Ｋ及び減衰係数Ｄを読み出し、目標反力を、［目標反力＝Ｋ×操作量＋Ｄ×操作速度］を計算することにより求める。

これとは別に、目標反力を、予め設定された質量係数Ｍを用いて、［目標反力＝Ｋ×操作量＋Ｄ×操作速度＋Ｍ×操作加速度］を計算することにより求めてもよい。この場合、入力操作部材１１が一般的なブレーキペダルである場合には、Ｍは０．２Ｋｇ程度となる。さらに別に、図２２に示される如くの、操作量−反力マップからそのときの操作量に対応する反力を読み出してこれを目標反力Ａとし、また、図２３に示される如くの、操作速度−反力マップからそのときの操作速度に対応する反力を読み出してこれを目標反力Ｂとし、それら目標反力ＡとＢとを加算してそれを目標反力としてもよい。さらに、目標反力設定手段１１２は、好ましくは、前記のようにして操作量や操作速度から求められた目標反力を、車両の走行状態や環境等に応じて補正し、これを目標反力として設定するようにしてもよい。

前記制御量設定手段１１４は、目標反力設定手段１１２で設定された目標反力と後述する操作力推定手段１４０により推定された操作力とが等しくなるように、言い換えれば、それらの差を求め、その差を無くすように、アクティブ反力発生機構１４を駆動するための制御量を設定する。この場合、制御量設定手段１１４として、好ましくは、ＰＩ制御、ＰＤ制御、あるいはＰＩＤ制御等を行うフィードバック制御手段が用いられる。なお、制御量設定手段１１４で設定される制御量は、アクティブ反力発生機構１４が電動アクチュエータである場合には、発生させるべきトルクや力、あるいは、供給される電流量や電力量に対応している。

前記外乱補償手段１１６は、外乱推定手段１３０により推定された外乱に基づいて前記制御量を補正するもので（後で詳述）、この外乱補償手段１１６により補正された制御量に応じた制御信号が図示していない出力部からアクティブ反力発生機構１４に出力され、これによって、例えば、アクティブ反力発生機構１４（電動アクチュエータ）に供給される電流量あるいは電力量が調整される。

前記パッシブ反力推定手段１２０は、入力操作部材１１に操作力が加えられた際の、パッシブ反力発生機構１３が発生するパッシブ反力を推定する。パッシブ反力は、歪ゲージあるいは圧電素子を利用したセンサを用いても検出することができるが、本実施形態では、パッシブ反力推定手段１２０が、操作情報検出手段１５で検出された操作量及び／又は操作速度を用いて、力を検出するセンサを用いることなく、パッシブ反力を推定するようにされる。なお、アクティブ反力発生機構１４にも、機械的あるいは機械的な要因による摩擦や誤差等の、アクティブ反力制御手段１１０では制御できない力、特性を発生するので、これらのアクティブ反力制御手段１１０では制御できない力や特性もパッシブ反力の一部であると考えてもよい。

パッシブ反力は、前記した如くに機械的要素によって生み出されるため、生み出される反力の特性には一定の性質があり、入力操作部材１１の操作量及び又は操作速度に応じて変化する。そこで、パッシブ反力推定手段１２０は、パッシブ反力発生機構１３として前述した図１２に示される如くの弾力特性を持つばね部材７０と減衰特性を持つダンパ７１とを備えたものが採用されている場合には、例えば、図２７に示される如くの、操作量−パッシブ反力マップからそのときの操作量に対応するパッシブ反力を読み出し、これを推定パッシブ反力Ａとし、また、図２８に示される如くの、操作速度−パッシブ反力マップからそのときの操作速度に対応するパッシブ反力を読み出し、これを推定パッシブ反力Ｂとして、それら推定パッシブ反力ＡとＢとを合計して推定パッシブ反力とするか、あるいは、前記操作量及び操作速度を用いて、下記の式（１）から推定パッシブ反力Fpaを求める。

ここで、Xpa、Vpaはそれぞれ操作量（操作位置）、操作速度である。また、Kxpa、Kvpa、及びKcpaはそれぞれ反力発生機構の特性を表す定数であり、例えば、操作量を用いて、下記の表１に示される如くのデータテーブルから求めることができる。この場合、操作量とKxpa、Kvpa、Kcpaは線形補完するようされる。

前記外乱推定手段１３０は、アクティブ反力発生機構１４に影響する外乱を推定する
。ここで、外乱とは、入力操作部材１１に加えられる操作力あるいは反力発生機構１２が発生する反力のうち、アクティブ反力制御手段１１０によって制御することができるアクティブ反力を除いた力とされる。外乱としては、入力操作部材１１に加えられた操作力、パッシブ反力発生機構１３が発生するパッシブ反力、アクティブ反力発生機構１４を構成する電動アクチュエータや動力伝達部材の持つ摩擦等の機械的抵抗や誤差、電動アクチュエータを駆動するための電気経路に含まれる電気的抵抗や誤差等が挙げられる。

外乱推定手段１３０は、前記外乱を、前記アクティブ反力制御手段１１０の制御量設定手段１１４で設定された制御量（言い換えれば、アクティブ反力発生機構１４が発生しようとしている反力）及び入力操作部材１１の操作速度もしくは操作加速度に基づいて推定する。

今、入力操作部材１１の質量、慣性モーメント等の機械的性質及びアクティブ反力発生機構１４の電気的性質等による定数をKmとし、入力操作部材１１の操作加速度をamとし、前記制御量に基づいて求められるアクティブ反力発生機構１４が発生しようとしている反力をFcとし、外乱をFdとすると、次式（２）が成り立つ。

ここで、操作加速度amは、前述したように操作量や操作速度から求めることができる（直接検出してもよい）ので、下記の式（３）より、パッシブ反力や操作力を含んだ外乱Fdが求められる。

なお、以上の外乱の算出には、制御量設定手段１１４で設定される制御量が用いられているが、アクティブ反力発生機構１４が発生しているトルクや力、あるいは、それに供給されている電流量や電力量を検出して、それを前記制御量に代えて用いてもよい。

前記のように式（３）を用いて外乱推定手段１３０により外乱が推定されるのであるが、この推定外乱は、外乱補償手段１１６で用いられる。

外乱補償手段１１６は、入力操作部材１１あるいは反力発生機構１２に加わる外乱に起因して、目標反力設定手段１１２で設定された目標反力と反力発生機構１２が発生する反力とに差がある場合、その差を補償すべく、前記外乱推定手段１３０により推定された外乱（推定外乱）を用いて前記制御量を補正する。

今、反力発生機構１２が発生しようとする目標の反力を前記制御量に基づいて求められる目標反力Fpとすると、実際に発生した反力Fmと実際の外乱Fdとの間には、下記の式（４）が成り立つ。

ここで、外乱推定手段１３０により推定された外乱を推定外乱Feとし、目標反力Fpから減じると、下記の式（５）が得られる。

この場合、推定外乱Feは実際の外乱Fdと略等しいと考えると、実際の反力Fmと目標反力Fpとが等しくなる。これにより、反力発生機構１２は、外乱の影響を受けながらも任意（目標）の反力を発生し得ることが理解されよう。この原理を用いて、外乱補償手段１１６では、制御量設定手段１１４で求められた制御量から前記外乱推定手段１３０で求められた推定外乱に相当する制御量を減じるようにされる。これにより、外乱の影響が補償ないし相殺され、入力操作部材１１に目標通りの（所望の）反力を与えることができる。

前記操作力推定手段１４０は、操作情報検出手段１５で検出される操作量及び操作速度に基づいて、入力操作部材１１に加えられる操作力（あるいは反力発生機構１２が発生する反力）を推定する。具体的には、操作量及び操作速度に基づき外乱推定手段１３０により推定された外乱（推定外乱）と操作量及び操作速度に基づきパッシブ反力推定手段１２０により推定されたパッシブ反力（推定パッシブ反力）とを合計したものを推定操作力とする。これとは別に、前記制御量に基づいて求められるアクティブ反力発生機構１４が発生しようとする目標の反力と前記推定パッシブ反力とを合計したものを推定操作力としてもよい。さらに、アクティブ反力発生機構１４に供給されている電流量や電力量を検出してアクティブ反力発生機構１４が発生しようとしている反力を求め、これと前記推定パッシブ反力とを合計したものを推定操作力としてもよい。

ここで、入力操作部材１１に加えられる操作力は、歪ゲージや圧電素子を利用したセンサで検出することができるが、このようなセンサを用いると、別途に配線の引き廻しや専用の回路等が必要となるとともに、センサを組み込むことにより、ブレーキぺダル等の入力操作部材１１周りの構成が複雑となり、部品点数、組み立て工数等が増加して装置コストが高くなる嫌いがある。これに対し、本実施形態のように、操作情報検出手段１５で検出される操作量及び操作速度に基づいて、入力操作部材１１に加えられる操作力を推定することにより、装置コストの上昇等を抑えることができる。

以上のように、本実施形態の操作入力装置１０は、入力操作部材１１の操作量及び操作速度に基づいてそれに加えられた操作力を推定し、この推定された操作力に基づいてアクティブ反力発生機構１４が発生する反力を制御するようにされるので、操作力を検出しなくとも、入力操作部材１１に加えられた操作力に対して適切な反力を発生させることができ、そのため、装置コストを低く抑えながら、運転者の好みに合った様々な操作感を生み出すことができるとともにに、運転性の向上や運転疲労の軽減等を図ることができる。

図２４は、本発明に係る操作入力装置の他の実施形態の概要を模式的に示す機能ブロック図である。図示実施形態の操作入力装置１０’において、前述した実施形態の各部に対応する部分ないし同一機能部分には、同一の符号を付して重複説明を省略し、以下においては相違点を重点的に説明する。

本実施形態の操作入力装置１０’では、操作情報検出手段１５に、入力操作部材１１に加えられる操作力（あるいは反力発生機構１２による反力）を検出するためのセンサ１８が付設され、このセンサ１８により検出された操作力を操作力推定手段１４０により求められる推定操作力に代えて、アクティブ反力制御手段１１０の制御量設定手段１１４で用いるようにされ、また、操作力の検出が正常に行われているか否かを判定する検出状態判定手段１５０が備えられている。

入力操作部材１１に加えられる操作力、パッシブ反力、あるいは、アクティブ反力を検出するセンサ１８としては、荷重センサあるいは歪ゲージを用いたものが一般的である。操作力を検出するためのセンサ１８の取り付け方としては、図２５に示される如くに、運転者の踏み込み力を直接受けるようにペダル９３の先端部９１の表面側に荷重センサ９０を取り付ける、同じ図２５に示される如くに、ペダル９３と固定部９４との間に踏み込み力が伝わるように荷重センサ９２を取り付ける、あるいは、図２６に示される如くに、ペダル９７とパッシブ反力発生機構９６（図１２に示されるものと同じ）との間に取り付けるようにされる。また、これとは別に、ペダル自体に歪ゲージを取り付け、この歪ゲージの微小変位による抵抗変化を計測することで操作力、パッシブ反力、アクティブ反力を検出するようにしてもよい。

前記検出状態判定手段１５０は、前記操作力が正常に検出されているか否かを判定する。すなわち、操作力推定手段１４０により求められた推定操作力と操作情報検出手段１５により検出された操作力（検出操作力）とを比較し、その比較結果に基づいて正常状態か異常状態かを判定する。具体的には、推定操作力が検出操作力の例えば９０％〜１００％の範囲内もしくは９０％〜１１０％の範囲内であれば正常状態と判定する。あるいは、推定操作力と検出操作力との差が例えば−５０Ｎ〜１００Ｎの間の値であれば正常状態であると判定する、さらに別に、推定操作力と検出操作力との差が、図２９に示される如くに、操作量で決まる許容できる、検出操作力と推定操作力との差よりも小さければ、正常状態であると判定するようにしてもよい。

そして、検出状態判定手段により操作力が正常に検出されている（正常状態）と判定されているときには、前記制御量設定手段１１４が、前記検出操作力を用いて制御量を設定するようにされ、操作力が正常には検出されていない（異常状態）と判定されているときには、前記制御量設定手段１１４が、前記検出操作力に代えて前記推定操作力を用いて制御量を設定するようにされる。また、操作力が正常には検出されていない（異常状態）と判定されているときは、前記アクティブ反力制御手段１１０が制御を停止するようにしてもよい。

このように本実施形態では、別途に操作力を検出するようにされ、操作力が正常に検出されているか否かを判定し、正常に検出されていないと判定されたときには、検出操作力に代えて推定操作力を用いてアクティブ反力発生機構１４が発生する反力を制御するようにされるので、操作力検出用のセンサ、配線、信号処理回路等に故障や断線が発生して操作力の検出に異常が生じてもた場合でも、アクティブ反力発生機構１４が異常な動作を引き起こすことがないようにでき、操作入力装置の信頼性を高めることができる。

本発明に係る車両の操作入力装置の一実施形態の概要を模式的に示す機能ブロック図。 図１に示される操作入力装置の具体的構成例を示す図。 入力操作部材周りの構成例を示す図。 入力操作部材の一例を示す図。 入力操作部材の一例を示す図。 入力操作部材の一例を示す図。 入力操作部材の一例を示す図。 入力操作部材の一例を示す図。 入力操作部材の一例を示す図。 操作量と反力の関係を示すグラフ。 操作速度と反力の関係を示すグラフ。 パッシブ反力発生機構の一例を示す図。 パッシブ反力発生機構の一例を示す図。 パッシブ反力発生機構の一例を示す図。 アクティブ反力発生機構の一例を示す図。 アクティブ反力発生機構の一例を示す図。 アクティブ反力発生機構の一例を示す図。 アクティブ反力発生機構の一例を示す図。 操作量を検出するセンサの一例を示す図。 操作量−弾力係数マップの一例を示すグラフ。 操作量−減衰係数マップの一例を示すグラフ。 操作量−反力マップの一例を示すグラフ。 操作速度−反力マップの一例を示すグラフ。 本発明に係る車両の操作入力装置の他の実施形態の概要を模式的に示す機能ブロック図。 操作力を検出するセンサの一例を示す図。 操作量を検出するセンサの一例を示す図。 操作量−パッシブ反力マップの一例を示すグラフ。 操作速度−パッシブ反力マップの一例を示すグラフ。 操作量と許容できる検出操作力と推定操作力との差との関係を示すグラフ。

符号の説明

１０、１０’ 操作入力装置
１１ 入力操作部材
１２ 反力生成機構
１３ パッシブ反力発生機構
１４ アクティブ反力発生機構
１５ 操作情報検出手段
１６、１８ センサ
１００ コントロールユニット
１０７ 信号処理部
１１０ アクティブ反力制御手段
１１２ 目標反力設定手段
１１４ 制御量設定手段
１１６ 外乱補償手段
１２０ パッシブ反力推定手段
１３０ 外乱推定手段
１４０ 操作力推定手段
１５０ 検出状態判定手段

Claims (9)

1. ブレーキペダル等の入力操作部材と、該入力操作部材に加えられた操作力に対して任意の反力を発生することが可能なアクティブ反力発生機構を有する反力発生機構と、前記入力操作部材の操作量及び操作速度を検出する操作情報検出手段と、該操作情報検出手段により検出された前記操作量及び操作速度に基づいて前記操作力を推定し、この推定操作力に基づいて前記アクティブ反力発生機構が発生する反力を制御する制御手段と、を具備して構成された車両の操作入力装置。
2. 前記反力発生機構は、前記アクティブ反力発生機構に加えて、前記操作力に対して受動的に反力を発生するパッシブ反力発生機構を有していることを特徴とする請求項１に記載の車両の操作入力装置。
3. 前記制御手段は、前記操作量及び操作速度に基づいて前記パッシブ反力発生機構が発生する反力を推定するパッシブ反力推定手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載の車両の操作入力装置。
4. 前記制御手段は、前記操作量及び操作速度に基づいて前記操作力を推定する操作力推定手段と、前記操作量及び操作速度に基づいて前記反力発生機構が発生すべき目標反力を設定する目標反力設定手段と、前記操作力推定手段により推定された推定操作力と前記目標反力設定手段により設定された目標反力とに基づいて、前記アクティブ反力発生機構を駆動するための制御量を設定する制御量設定手段と、を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の車両の操作入力装置。
5. 前記制御手段は、前記反力発生機構が発生する反力のうち、該制御手段により制御することができない外乱を、前記操作情報検出手段から得られる操作速度もしくは操作加速度に基づいて推定する外乱推定手段を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の車両の操作入力装置。
6. 前記制御手段は、前記外乱推定手段により推定された外乱を用いて、前記制御量設定手段により設定された制御量を補正する外乱補償手段を備えていることを特徴とする請求項５に記載の車両の操作入力装置。
7. 前記操作情報検出手段は、前記操作量及び操作速度に加えて、前記入力操作部材に加えられる操作力を検出するようにされていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の車両の操作入力装置。
8. 前記制御手段は、前記推定操作力と前記操作情報検出手段により検出された検出操作力とを比較し、この比較結果に基づいて前記操作力が正常に検出されているか否かを判定する検出状態判定手段を備えていることを特徴とする請求項７に記載の車両の操作入力装置。
9. 前記制御手段は、前記検出状態判定手段により、前記操作力が正常に検出されていると判定されているときには、前記検出操作力を用いて前記アクティブ反力発生機構が発生する反力を制御し、前記操作力が正常には検出されていないと判定されたときには、前記検出操作力に代えて前記推定操作力を用いて前記アクティブ反力発生機構が発生する反力を制御することを特徴とする請求項８に記載の車両の操作入力装置。

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