JP2017522220A - 制御装置アセンブリを備えたハプティックアクセルペダル - Google Patents

Abstract

自動車用の制御装置アセンブリを備えたハプティックアクセルペダル（３）を提案する。これは、ペダルレバー（７）と、当該ペダルレバー（７）と結合可能なアクチュエータ（９）と、ポジションセンサ（１９）と、アクセルペダル制御装置（５）とを有する。ペダルレバー（７）は、移動経路（１３）に沿って変位可能である。アクチュエータ（９）は、力を制御可能にペダルレバー（７）に加えるように構成されている。ポジションセンサ（１９）は、移動経路（１３）に沿ったペダルレバー（７）の位置を識別し、これに基づいてポジション信号を出力するように構成されている。アクセルペダル制御装置（５）は、所定の力がペダルレバー（７）に加えられるように、アクチュエータ（９）を駆動制御するように構成されている。アクセルペダル（３）は、アクセルペダル制御装置（５）がポジションセンサ（１９）のポジション信号を測定するが、ポジションセンサ（１９）から直流的に分離されているという特徴を有する。例えば、ポジション信号は、緩衝増幅器（２７）を用いて測定される。ポジションセンサ（１９）とアクセルペダル制御装置（５）との間のこの直流的な分離に基づき、ポジションセンサ（１９）と直接的に電気的に接続されているエンジン制御装置（２９）による電気的な影響を回避することができる。

Description

本発明は、制御装置アセンブリを備えたハプティックアクセルペダルに関する。この制御装置アセンブリは、ハプティックアクセルペダルの、ペダルレバーに結合可能なアクチュエータを駆動制御する。

発明の背景
近年の自動車の多くでは、広く、ガスペダルとも称されるアクセルペダルはもはや、機械的に、直接的に、リンク機構等を介して、例えば車両エンジンのスロットル要素若しくは車両エンジンの噴射システムに作用するのではなく、運転者によって操作されるアクセルペダルのペダルレバーの現在の位置が１つまたは複数のセンサを介して検出され、属する情報がエンジン制御装置に伝送される。ペダルレバーの位置を検出するために、例えば、簡易的なポテンシオメータまたはホールセンサを使用することができる。

欧州特許公報第６９９２９３４４号翻訳文（DE 699 29 344 T2）は、車両のエンジンを、ペダルの操作に依存して制御することができる制御装置の動作方法を開示している。

一部で、アクティブアクセルペダルとも称されるハプティックアクセルペダルでは、アクチュエータを介してペダルレバーに所期のように力が加えられる。このようにして、運転者に信号が触覚を通じて伝達され、これによって例えば、車両状態または走行状況に関するフィードバックが運転者に与えられる。例えば、ペダルレバーに仮想的な反発点が形成される。この反発点は、ペダルレバーをさらに踏み込むと、例えば燃費が著しく悪化してしまうことを運転者に伝えることになる。例えば、ペダルレバーに、所期のように惹起された脈動を与えること、または、ペダルレバーを振動させることによって、危険な状況、または、適切な運転によって燃料を節約することが可能な走行状況を伝達することもできる。

ハプティックアクセルペダルのアクチュエータを適切に駆動制御する、若しくは、閉ループ制御することを可能にするために、アクセルペダル制御装置は、一般的に、ペダルレバーの現在の位置に関する情報と並んで、場合によってはアクチュエータの現在の位置取りに関する情報を必要とする。

従来では、このために、対応する信号をエンジン制御装置に転送するためにペダルレバーの現在の位置を検出するポジションセンサに加えて付加的に、アクセルペダル制御装置に転送するためにペダルレバーの現在の位置を検出する別のポジションセンサが設けられる。この別のポジションセンサは、その場合、システム全体のコストも、構造空間も増大させてしまう。

選択的に、ポジションセンサからエンジン制御装置に転送されたポジション信号を、付加的なインタフェースによってエンジン制御装置で測定し、アクセルペダル制御装置に転送することができる。しかし、このためには、適切なインタフェースを含めた付加的な配線コストが必要になり、さらに、ポジション信号の伝送が部分的に格段に遅延してしまうことがある。

欧州特許公報第６９９２９３４４号翻訳文

発明の開示
本発明の実施形態は、有利には、アクセルペダル制御装置に、低コストで、かつ、少ない構成要素および構造空間を用いて、アクセルペダルのペダルレバーの現在の位置を表す信号を供給することを可能にする。

本発明の最初の態様では、制御装置アセンブリを備えたハプティックアクセルペダルが提案される。このハプティックアクセルペダルは、ペダルレバーと、ペダルレバーと結合可能なアクチュエータと、ポジションセンサと、アクセルペダル制御装置とを有している。ペダルレバーは、移動経路に沿って変位可能である。アクチュエータは、力を制御可能に、ペダルレバーに加えるように構成されている。ポジションセンサは、移動経路に沿ったペダルレバーの位置を識別し、これに基づいてポジション信号を出力するように構成されている。アクセルペダル制御装置は、所定の力がペダルレバーに加えられるように、アクチュエータを駆動制御するように構成されている。このハプティックアクセルペダルは、アクセルペダル制御装置がポジションセンサのポジション信号を測定し、ただし、アクセルペダル制御装置はポジションセンサから直流的に分離されている、という特徴を有する。

本発明の実施形態に対する着想は、特に、以降で説明する考察および認識に基づいているとみなされ得る。

冒頭で示唆したように、従来のハプティックアクセルペダルでは、ペダルレバーの現在の位置を表し、アクセルペダル制御装置に転送されるべきポジション信号が、付加的なポジションセンサを用いて検出され、アクセルペダル制御装置に伝達されるか、または、単一のポジションセンサが設けられ、そのポジション信号がまずエンジン制御装置に転送され、次に、エンジン制御装置から、付加的なインタフェースと付加的な配線とを介して、アクセルペダル制御装置に伝達される。両バリエーションは、付加的な構造的なコストを必要とする。後者のバリエーションでは、これに加えて、ポジション信号の転送時に遅延が生じ得る。

着想は、有利には、単一のポジションセンサによって検出されたポジション信号をエンジン制御装置に転送し、ポジション信号を付加的にアクセルペダル制御装置にも導くために、ポジション信号を付加的に測定する、というものである。

この際に、エンジン制御装置とアクセルペダル制御装置とが、一般的に異なる周辺条件下にある、ということが考慮されなければならない、ということが明らかである。特に、この２つの制御装置が、異なる電位にあることがある。例えば、エンジン制御装置は通常、ほぼ負荷を受けないので、通常は実質的に、車両のバッテリの電位にある。これとは異なり、アクセルペダル制御装置は通常、アクセルペダルのアクチュエータを制御し、この際に大きなパワーを出力しなければならないので、アクセルペダル制御装置の電位は通常、大きい電圧降下の影響を受ける。

アクセルペダル制御装置とポジションセンサとが直接的または間接的に電気的に接触しているのではなく、アクセルペダル制御装置がポジションセンサから直流的に分離されて構成されることによって、この異なった周辺条件を考慮することができる、ということが明らかである。

一部では直流的なデカップリングとも称される直流的な分離によって、一般的に、２つの導電性対象物、例えば２つの回路の電気的な分離が示される。これは例えば、測定技術的な用途において、および、データ伝送時に有利であり得る。回路の場合には、電荷担体が、一方の回路から、隣接する他方の回路へ流れることはできない。なぜなら、これら２つの回路の間に、導電性接続が形成されていないからである。しかし、相応の結合素子を介して、これらの回路の間で、電力または信号を伝送することはできる。接続が直流的に分離されている場合には、電位は相互に分離されているので、ポテンシャルフリー接続ともいえる。

アクセルペダル制御装置が、ポジションセンサのポジション信号を測定するが、ポジションセンサから直流的に分離されている、ということによって、例えば、ポジションセンサと直接的に電気的に接続されているエンジン制御装置と、ポジションセンサと直流的に分離されているアクセルペダル制御装置とが電気的に影響を与え合う、ということが阻止される。さらに直流的に分離された測定若しくは信号の入力結合の場合には、インタフェースおよび配線のコストを低減させることができる。

ある実施形態では、制御装置は、ポジションセンサのポジション信号を、緩衝増幅器を介して測定する。一部では、絶縁増幅器とも称される緩衝増幅器は、例えば、回路において、印加されている電圧に重ねられている比較的小さい電圧変動または電流変動を分離するために用いられる。このためには、増幅器回路による、バイアスされている電力回路の直流的な分離が広く行われていなければならない。このような分離は、最も簡単な場合には、誘導性の原理を用いて、二重コイルを介して行われる。これは変圧器結合とも称される。選択的に、この分離はコンデンサを介して行われる。これは、容量結合とも称される。電圧変化若しくは電流変動のみが伝送され、ベース電圧は伝送されない。

従って、緩衝増幅器によって、ポジションセンサのポジション信号は、これと結び付けられている電圧変化に基づいて測定可能であるが、ポジションセンサの回路とアクセルペダル制御装置の回路とは、相互にデカップリングされたままである、すなわち直流的に分離されたままである。

ある実施形態では、アクセルペダルは、ペダルレバーの位置を識別する、単一のポジションセンサを有している。この単一のポジションセンサのポジション信号は、直接的に電気的に結合されているエンジン制御装置に供給され、これと並んで、直流的に分離されて結合されているアクセルペダル制御装置にも供給される。

場合によっては、例えば、１つのポジションセンサが故障した場合に冗長性を提供できるようにするために、アクセルペダルに、物理的に、同一の作用をする２つのポジションセンサが設けられていてもよい。しかし、ここでこれらの２つのポジションセンサは、全く同じ作用をするように接続されており、アクセルペダルの通常の動作時には、ポジションセンサが１つであるかのように振る舞う。

ある実施形態では、アクセルペダルはさらに、アクチュエータの位置を識別するポジションセンサを有している。このポジションセンサは、アクセルペダル内に、別個の構成要素として設けられ得る。換言すれば、このポジションセンサは、ペダルレバーの位置を求めるのに用いられるポジションセンサとは無関係に設けられる。このポジションセンサは、アクセルペダル制御装置と直接的に電気的に接続可能である。このポジションセンサの信号は、アクチュエータが現在どの位置にあるのかをアクセルペダル制御装置に示し、従って、アクチュエータの閉ループ制御に使用可能である。

ある実施形態ではさらに、車両用制御装置が提案される。これは、本願に記載されている実施形態の１つに即したハプティックアクセルペダルとエンジン制御装置とを有している。このエンジン制御装置は、ここで、ペダルレバーのポジションセンサと直流的に接続されている。アクセルペダル制御装置は、有利には、エンジン制御装置から、直流的に分離されている。なぜなら、ポジションセンサの信号が、直流的に分離されて測定されて、アクセルペダル制御装置に転送されるからである。アクセルペダル制御装置とエンジン制御装置とを、別個の構造ユニットとして設けることができる。選択的に、２つの制御装置を、１つの共通の構造ユニットに組み込むこともできる。

本発明の、考えられる特徴および利点のうちの幾つかは、本願において、異なる実施形態に関連して記載されている、ということを言及しておく。当業者には、本発明の別の実施形態を実現するために、これらの特徴を適切に組み合わせる、整合させる、または、交換することが可能であることが明らかである。

以降で、本発明の実施形態を、添付図面に関連して説明する。説明も図面も、本発明を制限するものとして解釈されるべきではない。

アクセルペダル制御装置を備えたハプティックアクセルペダルと、エンジン制御装置とを有する本発明の車両用制御装置を示す図。

図面は、単に概略的なものであり、縮尺通りではない。

図１は、車両用制御装置１を示している。この制御装置１は、アクセルペダル制御装置５と、ペダルレバー７と、アクチュエータ９とを備えたハプティックアクセルペダル３を含んでいる。

ペダルレバー７は、運転者１１によって踏み込まれ、この際に、移動経路１３に沿って変位する。図示の例では、ここで、迎角βが変化する。ペダルレバー７には、バネ１５によって、起点位置へ機械的に予荷重が掛けられる。ペダルレバー７の現在の迎角βは、ポジションセンサ１９のエンコーダ１７に伝送される。エンコーダ１７の位置若しくはエンコーダ１７によって示された値が、ポジションセンサ１９の検出装置２１によって求められ、これに基づいて、ポジション信号が生成される。冗長性のために、２つの検出装置２１が設けられる。ポジション信号はその後、エンジン制御装置２９に導かれる。エンジン制御装置２９は、線路３１を介して、電気的にポジションセンサ１９と接続されている。

ハプティックアクセルペダル３内に設けられたアクチュエータ９は、力を制御可能にペダルレバー７に加えるように設けられている。このためにアクチュエータ９は、モータ２３によって駆動される。モータ２３は、アクセルペダル制御装置５によって開ループ制御若しくは閉ループ制御される。

図示の例では、モータ２３の位置取り、特にモータ２３の現在の角度位置を測定することができる、別のポジションセンサ２５が設けられている。このポジションセンサ２５は電気的に、アクセルペダル制御装置５と接続されている。

モータ２３を適切に駆動制御すること、若しくは、閉ループ制御することを可能にするために、アクセルペダル制御装置５は通常、ペダルレバー７の現在の位置に関する情報も、アクチュエータ９の現在の位置取りに関する情報も必要とする。アクセルペダル制御装置５は、アクチュエータ９の現在の位置取りに関する情報を、ポジションセンサ２５から得ることができる。しかし、アクセルペダル制御装置５はペダルレバー７の現在の位置取りに関する情報を、直接的に電気的に接続されて、ポジションセンサ１９から得るべきではない。なぜなら、ポジションセンサ１９は電気的にエンジン制御装置２９と結合されており、アクセルペダル制御装置５へのポジションセンサ１９の直接的な電気的な接続は、これら２つの制御装置５、２９の間の不所望な電気的な影響を生じさせてしまい得るからである。

従って、緩衝増幅器２７が設けられ、この緩衝増幅器２７によって、ポジションセンサ１９のポジション信号を、直流的に分離して測定することができる。

緩衝増幅器２７は、アクセルペダルで使用されているポジションセンサ２１の出力信号に依存して、すなわちデジタル式緩衝増幅器またはアナログ式緩衝増幅器として設計される。緩衝増幅器２７は、ポジションセンサ２１と別個に構成される、または、ポジションセンサ２１とともに１つのユニットに組み込まれる、または、ポジションセンサ２１に組み込まれる処理として構成される。

用語「含む」、「含んでいる」は、他の要素またはステップを排除するものではなく、用語「１つの（不定冠詞）」は複数を排除するものではない、ということを最後に述べておく。さらに、上述した実施例のうちの１つを参照指示して説明した特徴またはステップは、上述した実施例のうちの他の実施例の他の特徴またはステップと組み合わせても使用可能である、ということを述べておく。特許請求の範囲における参照符号は、限定とみなされるべきではない。

ある実施形態では、アクセルペダル制御装置は、ポジションセンサのポジション信号を、緩衝増幅器を介して測定する。一部では、絶縁増幅器とも称される緩衝増幅器は、例えば、回路において、印加されている電圧に重ねられている比較的小さい電圧変動または電流変動を分離するために用いられる。このためには、増幅器回路による、バイアスされている電力回路の直流的な分離が広く行われていなければならない。このような分離は、最も簡単な場合には、誘導性の原理を用いて、二重コイルを介して行われる。これは変圧器結合とも称される。選択的に、この分離はコンデンサを介して行われる。これは、容量結合とも称される。電圧変化若しくは電流変動のみが伝送され、ベース電圧は伝送されない。

緩衝増幅器２７は、アクセルペダルで使用されているポジションセンサ１９の検出装置２１の出力信号に依存して、すなわちデジタル式緩衝増幅器またはアナログ式緩衝増幅器として設計される。緩衝増幅器２７は、ポジションセンサ１９と別個に構成される、または、ポジションセンサ１９とともに１つのユニットに組み込まれる、または、ポジションセンサ１９に組み込まれる処理として構成される。

Claims (6)

1. 制御装置アセンブリを備えたハプティックアクセルペダル（３）であって、
   ペダルレバー（７）と、
   当該ペダルレバー（７）と結合可能なアクチュエータ（９）と、
   ポジションセンサ（１９）と、
   アクセルペダル制御装置（５）とを有しており、
   前記ペダルレバー（７）は、移動経路（１３）に沿って変位可能であり、
   前記アクチュエータ（９）は、力を制御可能に前記ペダルレバー（７）に加えるように構成されており、
   前記ポジションセンサ（１９）は、前記移動経路（１３）に沿った前記ペダルレバー（７）の位置を識別し、これに基づいてポジション信号を出力するように構成されており、
   前記アクセルペダル制御装置（５）は、所定の力が前記ペダルレバー（７）に加えられるように、前記アクチュエータ（９）を駆動制御するように構成されている、
   ハプティックアクセルペダル（３）において、
   前記アクセルペダル制御装置（５）は、前記ポジションセンサ（１９）の前記ポジション信号を測定し、ただし、前記アクセルペダル制御装置（５）は、前記ポジションセンサ（１９）から、直流的に分離されている、
   ことを特徴とするハプティックアクセルペダル（３）。
2. 前記アクセルペダル制御装置（５）は、前記ポジションセンサ（１９）の前記ポジション信号を、緩衝増幅器（２７）を介して測定する、請求項１記載のハプティックアクセルペダル。
3. 前記ペダルレバー（７）の位置を識別する、単一のポジションセンサ（１９）を有している、請求項１または２記載のハプティックアクセルペダル。
4. 前記アクチュエータ（９）の位置取りを識別する、別のポジションセンサ（２５）を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載のハプティックアクセルペダル。
5. 車両用制御装置（１）であって、
   請求項１から４までのいずれか１項記載のハプティックアクセルペダル（３）と、
   エンジン制御装置（２９）とを有しており、
   前記エンジン制御装置（２９）は前記ポジションセンサ（１９）と直流的に接続されている、
   ことを特徴とする車両用制御装置（１）。
6. 前記アクセルペダル制御装置（５）は、前記エンジン制御装置（２９）から直流的に分離されている、請求項５記載の制御装置。

Images