JP2016159837A - 反力出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータに供給されている電流の検出精度を高めることができる反力出力装置を提供することである。【解決手段】モータの駆動力をギア機構を介して駆動部材に伝達し、駆動部材を駆動することで、運転者により操作される操作子に対し、操作子の操作方向とは逆方向の力を出力する駆動部と、モータに供給されたモータ電流を検出する電流検出部と、モータに正方向の電流が流れるタイミングにおいて電流検出部により検出された正方向電流と、モータに負方向の電流が流れるタイミングにおいて電流検出部により検出された負方向電流とに基づいて、モータに供給する電流を制御する制御部とを備える。【選択図】図５

Description

本発明は、反力出力装置に関する。

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）。

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。

特開２０１０−１１１３７９号公報

反力出力装置は、ペダルアームの踏み込み動作とペダルアームの戻し動作とが頻繁に切り替えられる。反力出力装置は、ペダルアームの戻し動作時にはモータに電力を供給するのに対し、ペダルアームの踏み込み動作時にはモータから逆起電力が発生する。このため、従来の反力出力装置は、高い精度でモータに流れている電流を検出することが困難であった。

本発明が解決しようとする課題は、モータに供給されている電流の検出精度を高めることができる反力出力装置を提供することである。

本発明の反力出力装置は以下の構成を採用した。
（１）モータの駆動力をギア機構を介して駆動部材に伝達し、前記駆動部材を駆動することで、運転者により操作される操作子に対し、前記操作子の操作方向とは逆方向の力を出力する駆動部と、モータに供給されたモータ電流を検出する電流検出部と、前記モータに正方向の電流が流れるタイミングにおいて前記電流検出部により検出された正方向電流と、前記モータに負方向の電流が流れるタイミングにおいて前記電流検出部により検出された負方向電流とに基づいて、前記モータに供給する電流を制御する制御部とを備える。
係る構成によれば、反力出力装置は、正方向電流と負方向電流とを区別して検出することができるので、逆起電力の発生により電流の検出精度が低下することを抑制することができ、モータに流れる正方向電流および負方向電流の検出精度を高めることができる。

（２）前記モータは多相交流モータであり、前記電流検出部は、前記多相交流モータの各相に対応した各相電流を検出する各相電流検出部と、前記多相交流モータの全体に流れる全体電流を検出する全体電流検出部とを有し、前記制御部は、前記各相電流検出部により検出された正方向の各相電流と、前記全体電流検出部により検出された負方向電流とに基づいて前記多相交流モータの各相に供給する電流を制御してもよい。
係る構成によれば、反力出力装置は、正方向電流と負方向電流とを区別して検出することができるので、逆起電力の発生により電流の検出精度が低下することを抑制することができ、多相交流モータの各相に流れる正方向電流および負方向電流の検出精度を高めることができる。

本発明によれば、モータに供給されている電流の検出精度を高めることができる。

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。 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。 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。 一実施形態に係る反力出力装置１０におけるモータ２０に供給される駆動電流の時間変化を示す図である。 図５は、一実施形態に係る反力出力装置１０における電流検出センサ６６の構成例を示すブロック図である。 一実施形態に係る反力出力装置１０における正方向電流Ｉ（＋）の供給経路を示す回路図である。 一実施形態に係る反力出力装置１０における負方向電流Ｉ（−）の供給経路を示す回路図である。

以下、本発明の実施形態として示す反力出力装置を、図面を参照して説明する。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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（例えば回転数ｎ［ｒｐｍ］）を検出することができる。

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、モータ温度センサ６８（温度検出部）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。

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。

マイコン５６（制御部）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、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、反力出力装置１０が搭載される車両の車速に応じて大きくなるように決定されてもよいし、燃費を向上させるために急なアクセル操作を抑制するために決定されてもよい。また、反力設定値Ｐは、反力出力装置１０が搭載される車両と先行車両との車間距離が短くなる程大きくなるように決定されてもよい。車間距離は、例えば、車両のフロント部に設置されたミリ波レーダや音波センサ、フロントガラス上部等に設置されたステレオカメラ装置等によって取得される。本発明の適用上、反力設定値Ｐの決定手法について特段の制限は存在しない。

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と反力設定値Ｐとの関係を示した関係式に基づき、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、モータ温度センサ６８から供給されるモータ２０の温度値および電流検出センサ６６から供給されるモータの電流値に基づいてモータ２０の動作を停止、および再開させる。モータ温度センサ６８は、例えばモータ２０のＷ相のコイル温度を検出するサーミスタである。なお、このマイコン５６のモータ制御装置としての動作については後述する。

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。

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。これによって、マイコン５６は、モータ２０の回転数ｎを検出する。マイコン５６は、検出したモータ２０の回転数ｎに基づき、モータドライバＩＣ５８に与える電流指令値Ｉを決定する。

なお、上位ＥＣＵ７０およびマイコン５６の一部または全部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが、メモリに記憶されたプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部である。また、これらの機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェア機能部であってもよい。

次に、図４乃至図７を参照して、上述した反力出力装置１０におけるモータ２０に供給される電流の検出動作について説明する。
モータ２０には、図４に示すような駆動電流が供給される。図４は、一実施形態に係る反力出力装置１０におけるモータ２０に供給される駆動電流の時間変化を示す図であり、図４（ａ）は、モータ２０に流れる正方向電流Ｉ（＋）および負方向電流Ｉ（−）の時間変化を示す図であり、図４（ｂ）は、マイコン５６における正方向電流Ｉ（＋）の検出タイミングおよび負方向電流Ｉ（−）の検出タイミングを示す図である。

図４（ａ）によれば、駆動電流には、モータ２０にモータトルクを発生させる正方向電流Ｉ（＋）、およびモータ２０から回生する逆起電力に応じて発生する負方向電流Ｉ（−）とが含まれる。なお、図４（ａ）は、Ｕ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流の何れかであればよく、正方向電流Ｉ（＋）および負方向電流Ｉ（−）の変化は、図４（ａ）の例に限定するものではない。
本実施形態における反力出力装置１０は、アクセルペダル装置１に搭載され、アクセルペダル装置１のペダルアーム４は、運転者によって踏み込み開始、および踏み込み終了が頻繁に切り替えられる。したがって、本実施形態の反力出力装置１０は、正方向電流Ｉ（＋）、および負方向電流Ｉ（−）の双方を別個に検出して、ペダルアーム４の反力を制御する。

図５は、一実施形態に係る反力出力装置１０における電流検出センサ６６の構成例を示すブロック図である。
電流検出センサ６６は、モータ２０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応した電流検出部６６Ｕ、６６Ｖ、６６Ｗと、モータ２０に対して一つの電流検出部６６ＡＬＬとを有する。電流検出部６６Ｕ、６６Ｖ、６６Ｗは、モータ２０のＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルのそれぞれに接続され、モータ２０のＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルに流れるＵ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流をそれぞれ検出する。電流検出部６６ＡＬＬは、モータ２０のＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルに流れるＵ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流の全てを検出する。
本実施形態において、電流検出部６６Ｕ、６６Ｖ、６６Ｗは、モータ２０に接続され、電流検出部６６ＡＬＬは、電流検出部６６Ｕ、６６Ｖ、６６Ｗとグランド端子との間に接続される。なお、電流検出部６６ＡＬＬは、モータ２０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の全てに接続されていればよく、モータ２０と電流検出部６６Ｕ、６６Ｖ、６６Ｗとの間に接続され、電流検出部６６Ｕ、６６Ｖ、６６Ｗをグランド端子に接続させてもよい。

マイコン５６は、電流検出部６６Ｕ、６６Ｖ、６６Ｗにより検出されたＵ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流のうち正方向電流Ｉ（＋）を検出する。また、マイコン５６は、電流検出部６６ＡＬＬに検出されたＵ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流のうち負方向電流Ｉ（−）を検出する。マイコン５６は、図４（ｂ）に示したように、正方向電流Ｉ（＋）の検出タイミングと負方向電流Ｉ（−）の検出タイミングとを切り替え、正方向電流Ｉ（＋）の検出タイミングにおいて正方向電流Ｉ（＋）を取り込み、負方向電流Ｉ（−）の検出タイミングにおいて負方向電流Ｉ（−）を取り込む。

マイコン５６は、モータ２０に逆起電力が生ずる期間を、負方向電流Ｉ（−）の検出タイミングであるとして電流検出部６６ＡＬＬの検出電流を負方向電流Ｉ（−）として取り込む。この負方向電流Ｉ（−）の検出タイミングにおいて、マイコン５６は、電流検出部６６Ｕ、６６Ｖ、６６Ｗにより検出された電流値の取り込みを停止させる。
具体的には、マイコン５６は、図４（ａ）に示したように、ＰＷＭ信号がオフである期間において電流検出部６６ＡＬＬから負方向電流Ｉ（−）を取り込む。また、マイコン５６は、上位ＥＣＵ７０から供給された反力設定値Ｐに基づいて負方向電流Ｉ（−）の検出タイミングを設定する。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、ＰＷＭ信号が０となる期間を、負方向電流Ｉ（−）の検出タイミングに設定する。逆に、マイコン５６は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相ごとに、ＰＷＭ信号が１となる期間を正方向電流Ｉ（＋）の検出タイミングに設定する。

図６は、一実施形態に係る反力出力装置１０における正方向電流Ｉ（＋）の供給経路を示す回路図である。図７は、一実施形態に係る反力出力装置１０における負方向電流Ｉ（−）の供給経路を示す回路図である。なお、図６および図７の電流経路は、反力出力装置１０がモータ２０に電流を供給する動作の一部を例示したものである。
マイコン５６は、モータ２０にＵ相電流を供給するタイミングにおいて、ＰＷＭ信号により、パワーＦＥＴ６０Ｕ（＋）およびパワーＦＥＴ６０Ｖ（−）をオン状態（導通状態）に切り替えると、パワーＦＥＴ６０Ｕ（＋）を通過した正方向電流Ｉ（＋）がモータ２０のＵ相およびＶ相を通過してパワーＦＥＴ６０Ｖ（−）に供給される。この正方向電流Ｉ（＋）は、電流検出センサ６６Ｖにより検出される。この正方向電流Ｉ（＋）の供給タイミングにおいて、マイコン５６は、電流検出センサ６６Ｖにより検出された電流をモータ２０に供給された電流として検出する。

その後、マイコン５６は、パワーＦＥＴ６０Ｕ（＋）およびパワーＦＥＴ６０Ｖ（−）をオフ状態（遮断状態）に切り替えると、接地端子から電流検出部６６ＡＬＬ、パワーＦＥＴ６０Ｕ（−）、モータ２０、６０Ｖ（＋）に負方向電流Ｉ（−）が流れる。この負方向電流Ｉ（−）は、電流検出部６６ＡＬＬにより検出される。負方向電流Ｉ（−）が流れるタイミングにおいて、マイコン５６は、電流検出部６６ＡＬＬにより検出された電流をモータ２０に供給された電流として検出する。

以上説明したように、本発明を適用した反力出力装置１０によれば、モータ２０に正方向の電流が流れるタイミングにおいて電流検出センサ６６により検出された正方向電流Ｉ（＋）と、モータ２０に負方向の電流が流れるタイミングにおいて電流検出センサ６６により検出された負方向電流とに基づいて、モータ２０に供給する電流を制御するので、モータ２０に流れる正方向電流Ｉ（＋）および負方向電流Ｉ（−）の検出精度を高めることができる。

すなわち、反力出力装置１０は、ペダルアーム４に対する踏み込み操作が頻繁に行われ、踏み込み操作が検出されたことに応じて反力を発生させ、踏み込み操作が解除されたことに応じてペダルアーム４の戻し動作が必要となる。したがって、ペダルアーム４に与える反力を高い精度で制御するために、モータ２０に供給されている電流を高い精度で検出する必要がある。これに対し、反力出力装置１０によれば、電流検出部６６ＡＬＬを有することにより正方向電流Ｉ（＋）と負方向電流Ｉ（−）とを総括して検出でき、モータ２０に発生する逆起電力の影響を抑制することができる。

また、この反力出力装置１０によれば、モータ２０のコイル内部の電流を安定して検出することができ、モータ２０のトルクをリニアに制御することができる。
さらに、この反力出力装置１０によれば、ＰＷＭ信号に基づいて正方向電流Ｉ（＋）の検出タイミングおよび負方向電流Ｉ（−）の検出タイミングを切り替えることができ、ペダルアーム４の踏み込みおよび踏み戻しの状態検出処理をする必要が無く、高い精度でモータ２０の電流を検出することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１‥アクセルペダル装置、２…ペダル本体ユニット、４…ペダルアーム、６…ペダル本体部、１０…反力出力装置、１２…出力レバー、２０…モータ、３０…ギア減速機構、５０…回路基板、５６…マイコン、６６…電流検出センサ、７０…上位ＥＣＵ、７２…エンジン

Claims (2)

1. モータの駆動力をギア機構を介して駆動部材に伝達し、前記駆動部材を駆動することで、運転者により操作される操作子に対し、前記操作子の操作方向とは逆方向の力を出力する駆動部と、
   モータに供給されたモータ電流を検出する電流検出部と、
   前記モータに正方向の電流が流れるタイミングにおいて前記電流検出部により検出された正方向電流と、前記モータに負方向の電流が流れるタイミングにおいて前記電流検出部により検出された負方向電流とに基づいて、前記モータに供給する電流を制御する制御部と
   を備える、反力出力装置。
2. 前記モータは多相交流モータであり、
   前記電流検出部は、前記多相交流モータの各相に対応した各相電流を検出する各相電流検出部と、前記多相交流モータの全体に流れる全体電流を検出する全体電流検出部とを有し、
   前記制御部は、前記各相電流検出部により検出された正方向の各相電流と、前記全体電流検出部により検出された負方向電流とに基づいて前記多相交流モータの各相に供給する電流を制御する、
   請求項１に記載の反力出力装置。

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