JP5864774B2 - アクチュエータに関連するリセット要素を備えた自動車用触覚型アクセルペダル - Google Patents

Description

本発明は、ペダル要素がアクチュエータから作用力を印加され得る自動車用触覚型アクセルペダルに関している。

現代の自動車におけるドライバーは、自動車の運転の際に得られた様々な情報によって支援されている。例えば、走行中の安全性やドライバーの快適性を高めるために、あるいは燃料を節約するために、ドライバーに所定の走行状態に関する報告を通知すること、あるいは、所定の手段を講じる必要性をドライバーに通知することは、役に立つ可能性が大きい。このような通知は、様々な手法、例えば光学的若しくは音響的手法で提供することが可能である。

さらに、現代の自動車においては、車両のアクセルペダルをドライバーライバーに触覚的に通知する手段の実現も可能である。この場合の触覚型アクセルペダルは、ペダル要素を有している。前記ペダル要素は、静止位置から操作方向で、最大操作位置まで動かすことが可能である。さらに前記ペダル要素は、アクチュエータによって操作方向とは逆の方向に作用力を及ぼされることが可能である。このアクチュエータはここではモーターによって移動可能な操作要素を介してペダル要素と作用接続可能であり、モーターの通電時には、前記ペダル要素に反力を付与し、この反力によってペダル要素が例えば振動状態若しくは脈動状態に置き換えられるか又はペダル要素の所定の位置から当該ペダル要素のさらなる踏み込みが重くなり、そのようにして触覚型アクセルペダルのための可変の圧点が生成される。ドライバーにはドライバーによって触覚的に知覚される指示や警告が伝達されるか、交通監視の注意が光学的若しくは音響的信号によって損なわれることなく快適機能が提供される。

独国特許出願 ＤＥ ２５ ５５ ４２９号明細書には、車両における圧覚的若しくは触覚的に知覚可能な信号を生成するためのシステムが開示されている。

発明の開示
本発明は、その実施形態において、自動車における触覚型アクセルペダルの有利な機能を可能にしている。この場合は、例えば特にアクセルペダルによって触覚的に知覚可能信号が何も生成されるべきでない時間フェーズにおける、アクセルペダルのペダル要素へのアクチュエータの障害的な影響が最小化される。またアクチュエータの電力消費とそれに伴うアクチュエータの加熱も低減することができる。

ここで提案される触覚型アクセルペダルでは、アクチュエータが付加的なリセット要素を備えており、このリセット要素は、アクチュエータの操作要素に、該操作要素の動作方向とは反対方向の復帰力を弾性的に付勢している。

前記リセット要素は、アクチュエータ内のその弾性的な付勢力に基づいて、アクチュエータの操作要素に対し少なくとも僅かな応力を常時付勢し、当該操作要素が前記ペダル要素から離れる方向へ負荷されるような構成であってもよい。

前記リセット要素は、例えばスプリング又はエラストマー素子として形成されてもよい。換言すれば、前記リセット要素は、リセット要素内に蓄えられたポテンシャルエネルギーに基づきリセット要素にリセット力を付勢できる受動素子であってもよい。それ故にこのリセット要素には、復帰力生成のための電流形態のエネルギーの供給は不要である。

前記リセット要素は、触覚型アクセルペダル内へ、特にアクチュエータのハウジング内に統合されてもよい。前記リセット要素の橋台は、空間的に固定されてもよい。それにより、リセット要素は、例えば、アクセルペダルのペダル要素の現在位置に依存することなく常時アクチュエータの操作要素への復帰力を発揮するようになる。

アクチュエータないしその操作要素は、安全上の理由から一般的に片面だけがペダル要素と機械的に連結している。すなわち、アクチュエータは、ドライバーからのアクセルペダルの踏み込みによって生じる運動方向とは逆の復帰力のみを付勢すべきであるが、しかしながらペダル要素をその運動方向に、すなわち例えば静止位置から離れる方向に引き込む能力はない。換言すれば、アクチュエータはペダル要素をその操作方向とは逆の動作方向にのみ付勢するだけである。アクチュエータの操作要素をその動作方向とは逆に弾性的にバイアスしているリセット要素は、そのリセット力でもって操作要素を常にペダル要素から離れる方向にシフトさせることを試みる。そのようにして操作要素は、リセット要素から生じた復帰力を介して、ペダル要素との機械的な接触接続から開放可能となり、それと共に、アクチュエータがモーターを用いてアクティブに動作しない場合にアクチュエータの操作要素とペダル要素との間の作用接続が、前記リセット要素を用いて少なくとも回避される。つまり前記操作要素は、リセット要素に生じる復帰力とは反対方向の駆動方向に動きだす。

電気モーターによって駆動されるアクチュエータのケースでは、アクチュエータ固有のリセット要素は、少なくとも電気モーターが通電されない限り、アクチュエータないしその操作要素とペダル要素との間の連結解除を生じさせるか少なくともサポートする。触覚的に知覚可能な信号の生成なしの時間フェーズにおけるそのようなアクチュエータとペダル要素との間の連結解除によれば、アクセルペダルの機能がアクチュエータに起因する影響に依存することなく維持される。特に、例えばドライバーによるペダル要素の強い加速の際の剛性のような形態の煩わしい慣性作用、及び／又は、例えばアクチュエータ内に設けられている電気モーターの負荷トルクに基づく脈動作用が回避され得る。

特に、アクチュエータのモーターが直流モーターであって、例えば操作要素を駆動するのに十分な大きなトルクをペダル要素に形成するためにギヤー装置が接続されている場合には、リセット要素によって生成される復帰力は、特にギヤー装置内で摩耗作用に対する良好な作用を及ぼす。具体的には操作要素と共にこの操作要素に連結されるギヤー装置は、リセット要素によって弾性的に付勢され、それによっていわゆるギヤー欠け、すなわち例えばギヤー装置の歯車間の遊びが十分に除去される。そのような遊びは、製造許容誤差に起因してほとんど回避することができず、アクチュエータの動作の際にノイズを引き起こす。特にアクチュエータのモーターがその運動方向に変位すると、例えば触覚型アクセルペダルの脈動若しくは振動を生じる動作の際に、ギヤー装置内では歯車同士の歯対歯のぶつかり合いが生じ、障害的な運転ノイズが発生する。特に、アクセルペダルのアクチュエータは、車両の客室内部に設けられている場合もあるため、アクチュエータによるノイズの増幅は、できるだけ僅かに保たれるべきである。

操作要素は、ペダル要素によって占有され得るいずれの位置であってもペダル要素が操作要素と協働しない静止位置を有していてもよい。換言すれば、その場合にはアクチュエータの操作要素はペダル要素の移動経路外に存在し、それによってペダル要素の動きが阻害されない位置に配置可能である。アクチュエータのリセット要素は、この場合次のように構成されてもよい。すなわち、前記静止位置までの操作要素のリセットが少なくとも支援されるように構成されていてもよい。

これに対してリセット要素の構成は、例えばその空間的な配置構成、その大きさ、及び／又はリセット要素によって生成される弾性的復帰力に関連付けられて、次のように選択されてもよい。すなわち前記操作要素が前記リセット要素によって静止位置に到達するまでシフトされるように選択されてもよい。

その際の前記リセット要素は、モーターがパッシブ動作している場合に操作要素が静止位置まで移動するのに十分な強さの復帰力を生成することができる。この場合リセット要素から生成される復帰力は、例えば操作要素に連結されたモーターから生じ得る慣性トルク、磁気的負荷トルク、並びに操作要素に対する摩擦力などを補償すべきであろう。それにより、アクチュエータの操作要素は、触覚的に知覚可能な信号が何も生成されるべきでなくかつアクチュエータのモーターがアクティブに動作すべきでないときにはいつでも、リセット要素によって静止位置へ移動される。換言すれば、前記リセット要素は、アクチュエータが不要のときには、アクチュエータを静止位置へ移動させ、当該静止位置に留める。

このことは、モーターの稼働なしで実行できるので、エネルギー消費並びにアクチュエータの加熱は、僅かに抑えられる。触覚的に知覚可能な信号の生成が必要なときにのみ、アクチュエータは能動的に動作し、アクチュエータがペダル素子と協働する位置へ動かされる。

但し、リセット要素から生成される復帰力は、能動的なモーター動作のもとで操作要素を静止位置まで移動させるのに必ずしも十分なものである必要はない。なぜならリセット要素から生成される比較的僅かな復帰力も、モーターから能動的に生成される静止位置への復帰移動を支援し、それに伴うモーターの電流消費も低減されるからである。

その他にも、操作要素が静止位置に移動し得る速度は、リターン素子によって増加可能である。そのため、例えば、ペダル要素とアクチュエータ操作要素との間の望ましくない衝突は、例えば迅速なペダル操作の際に回避することができる。

前記リセット要素によって達成可能なさらなる利点は、アクチュエータの駆動制御である。アクチュエータの支援を用いてペダル要素内で触覚的に知覚可能な信号を生成できるようにするために、その操作要素は、ペダル要素に対して応力を発揮させるためにも正確かつ迅速に変位させることができなければならない。この操作要素の位置付けを正確に制御できるようにするために、これに対する複数のセンサから、現下の位置付けに関する情報、並びに、生じ得る操作要素の移動方向に関する情報が得られなければならない。アクチュエータ内に設けられたリセット要素は、この場合、アクチュエータの制御特性を安定化させることが可能である。望ましくない振動は低減が可能である。なぜなら、リセット要素の弾性的バイアスは、制御技術的に減衰素子として機能し得るからである。さらにこのバイアスは、ギヤー装置の遊びの多くを除去し得る。このことは制御ループを常にクローズドさせ、遊びによる開放から任意に保持している。このことは、小さな調整の動きを安定化させ、過渡振動からの制御特性の開放を保証する。制御区間の動的な伝達特性において、リセット要素の遡及作用のために、いわゆる積分極（Integrator Pole）が省略され得る。それによりアクチュエータの位置制御は、総合的にロバストであり得る。

別の可能な利点は、アクチュエータの位置センサに対する付加的較正点の提供にある。第１の較正手段は、この場合、アクチュエータをリセット要素によってもたらすパーキング位置にて生じる。さらなる較正手段は、アイドリング位置におけるアクセルペダルへのアクチュエータの能動的なアプローチのもとで生じる。

本発明の個々の特徴および利点は、本発明の様々な実施形態に関連して本明細書で説明されている点に留意されたい。なお当業者にとっては、さらなる実施形態と可能性のある相乗効果を達成するために、個々の特徴を適切な方法で組み合わせるか交換することが可能であることは容易に認識できることも述べておく。

以下では添付の図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なおこれらの説明や図面のいずれも本発明の限定を意図したものではないことを合わせて述べておく。

本発明の実施形態による触覚型アクセルペダルを備えた自動車を示した図 本発明の実施形態による触覚型アクセルペダルの拡大図

発明の実施形態
図１には、触覚型アクセルペダル１１を備えた車両１の断面図が示されている。ペダル要素５の操作方向７への踏み込みにより、ワイヤケーブル１５又はエンジン制御機器に接続されている線路（図示せず）を介してエンジン１７は、出力のために駆動される。スプリング１９は、ペダル要素５を静止位置の方向に付勢している。位置センサ２１は、ペダル要素５の現在位置ないしは状態を検出している。

触覚型アクセルペダル１１は、アクチュエータ１３を有しており、このアクチュエータ１３を用いることによって、ペダル要素５は、操作方向７とは反対の所望の動作方向に動かすこと、あるいはこの方向に応力を加えることが可能である。この場合アクチュエータ１３は、アクセルペダル１１に、例えば振動や脈動形態の揺動を励起することができる。

図１並びに図２の拡大図に示すように、アクチュエータ１３は、有利には単純な直流モーター２３で動作させることができ、この直流モーター２３は、ギヤー装置２５を介してディスク状の操作要素２７に連結されている。この操作要素２７は、前記モーター２３の操作により、矢印３３で示す、時計回りまたは反時計回りの方向に回転可能である。またこの操作要素２７には、中心を外れた領域にカム３１が取り付けられている。このカム３１は、ペダル要素５に設けられたプランジャー２９と協働する。この目的のために、当該プランジャー２９は、アクチュエータ１３に面する側の端部にフォーク状の収容部３５を有しており、操作要素２７が相応の位置に回動すると、この収容部３５にカム３１が係合する。

アクチュエータ１３は、制御機器３によって駆動制御される。この制御機器３は、例えばドライバーに危険な状況を知らせたり、あるいはドライバーに省エネ運転の可能性を指示したりするために、いつの時点で当該ドライバーに、前記アクセルペダル１１を介して触覚的に知覚可能な信号を伝達すべきかを識別している。

前記アクセルペダル１１において触覚的に知覚可能な信号が生成されるべきときには、前記制御機器３は、操作要素２７が反時計方向に回転するように前記モーター２３に通電する。それにより、カム３１がプランジャー２９の収容部３５と係合し、その後応力をペダル要素に加えることができるようになる。

アクチュエータ１３内には、図２に示すように、付加的にスプリングが設けられており、このスプリングはリセット要素３７として機能する。前記スプリングはその応力を、前記操作要素２７に対して前記動作方向３３とは反対の方向に加え、このこのようにして当該操作要素２７は前記動作方向３３とは反対方向に弾性的に付勢される。前記モーター２３によって前記操作要素２７に動作方向３３の応力が何も加えられていないとき、あるいは、前記操作要素２７を動作方向とは反対方向に動かすためにモーターを逆転動作させているときには、前記スプリング３７は、前記操作要素２７の前記動作方向３３とは逆の動きを支援する。

この場合前記操作要素２７は、触覚的に知覚可能な信号が生成されるべきでない場合に留まる静止位置を有している。この静止位置は、前記操作要素２７のカム３１が次のように配置になるように選択される。すなわち、前記ペダル要素５がどの位置を占めていようとも、前記カム３１が前記ペダル要素５のプランジャー２９端部の収容部３５と決して係合しないような配置である。

図２に示されている実施形態では、アクチュエータ１３は、機械的ストッパ３９を静止位置の領域に有している。前記リセット要素３７のスプリングの一方の端部は、前記アクチュエータのハウジングの受台４１に保持され、前記スプリングの他方の端部は、カム３１が前記ストッパ３９に当接するまで、動作方向３３とは反対方向にシフトする。前記操作要素２７は、前記リセット要素３７の弾力に基づいてアクチュエータ１３の非通電状態の間はそこに保持されている。

前記アクチュエータ１３のリセット要素３７は、これとは別の位置においてその他の構成で形成することも可能である。例えば、リセットスプリングが、適切な方法でアクチュエータ１３内部のギヤー歯車に当接され、それによって前記操作要素２７がその動作方向３３とは反対方向に付勢されるようにしてもよい。

Claims (5)

1. 自動車（１）用の触覚型アクセルペダル（１１）であって、
   静止位置から操作方向（７）に向かって最大操作位置まで可動であるペダル要素（５）と、
   モーター（２３）によって移動可能な操作要素（２７）を介して前記ペダル要素（５）と相互作用し、かつ回転可能な前記操作要素（２７）を介して、前記ペダル要素（５）に対し前記操作方向（７）とは逆方向の応力の付勢が可能なアクチュエータ（１３）とを有する、触覚型アクセルペダル（１１）において、
   前記アクチュエータ（１３）が、リセット要素（３７）を有しており、
   前記リセット要素（３７）は、前記操作要素（２７）が反時計回りの方向に回転したときに、前記反時計回りの方向とは逆方向の復帰力を前記操作要素（２７）に弾性的に付勢するように構成されており、
   前記操作要素（２７）は、前記ペダル要素（５）がいかなる位置であっても前記操作要素（２７）が当該ペダル要素（５）と相互作用しない静止位置を有しており、
   前記リセット要素（３７）は、前記静止位置まで前記操作要素（２７）が復帰することを支援し、
   前記リセット要素（３７）は、モーター（２３）のパッシブ動作のもとで前記操作要素（２７）を前記静止位置まで移動させるのに十分な強さの復帰力を生成する、
   ことを特徴とする触覚型アクセルペダル（１１）。
2. 前記リセット要素（３７）は、スプリングとして構成されている、請求項１記載の触覚型アクセルペダル。
3. 前記リセット要素（３７）としての前記スプリングの一方の端部は、前記アクチュエータ（１３）のハウジングの受台（４１）に保持されている、請求項２記載の触覚型アクセルペダル。
4. 前記アクチュエータ（１３）のモーター（２３）は、ギヤー装置（２５）と連結している、請求項１から３いずれか１項記載の触覚型アクセルペダル。
5. 前記アクチュエータ（１３）のモーター（２３）は、直流モーターである、請求項１から４いずれか１項記載の触覚型アクセルペダル。

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