JPWO2005056357A1

JPWO2005056357A1 - 操作入力装置

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Publication number: JPWO2005056357A1
Application number: JP2005511671A
Authority: JP
Inventors: 健太郎上野; 横山　篤; 篤横山; 倉持　祐一; 祐一倉持; 間中　敏雄; 敏雄間中; 佐々木　光秀; 光秀佐々木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2003-12-10
Publication date: 2007-07-05
Also published as: EP1695882A4; AU2003289303A1; US20070112473A1; WO2005056357A1; EP1695882A1

Abstract

本発明の目的はアクティブ反力部（３）が動作しない場合でも車両への操作入力を可能とし、車両の運転を可能にすることにある。本発明の一実施例においては、車両の操作入力装置において、操作力を受ける操作入力部（１）と、加えられた操作力に対して、電気的な制御による反力を前記操作入力部（１）に生成するアクティブ反力部（３）と、前記アクティブ反力部（３）と前記操作入力部（１）との間の力の伝達経路を開放するアクティブ反力切り離し部（４）とを設けることとした。

Description

本発明は、車両を操作するための操作入力装置に関する。

車両を操作するための操作入力装置（例えばブレーキペダルやアクセルペダルなど）と、車両の挙動を決定する機構や手段（例えばブレーキやスロットルバルブなど）を持つ車両システムとを電気的手段によって接続し、操作入力装置の動作と車両の動作を独立に電気制御する技術が開発されている。
車両の操作は操作入力装置に操作力を加えることにより行われるが、上記の技術では、操作入力装置と車両の挙動を決定する機構や手段との間に、直接的に操作力を伝達する機構は存在しない。このため操作入力装置は、操作力に対して反力を返す機構を備え、運転者に適当な操作感を与える必要がある。
操作力に対して力を返す機構としては、機械的な構成により予め設定された特性を実現するパッシブ反力部（例えばバネ要素やダンパ要素を用いるもの）と、電動アクチュエータなどを用いて電気的に制御して特性を実現するアクティブ反力部とがあり、パッシブ反力部とアクティブ反力部を併用することにより小容量のアクチュエータでペダルの反力を実用範囲内で制御し可変とすることが可能となる。このようにパッシブ反力とアクティブ反力を組み合わせた操作入力装置をブレーキペダルで実現した例が特開２００２−３２３９３０に記載されている。
上記のような従来技術では、アクティブ反力を発生させるアクティブ反力部が作動しない場合、摩擦抵抗やアクチュエータの逆起電力によって、操作入力装置に大きな負荷がかかり、操作入力装置が動きにくくなったり、あるいは全く動かなくなったりする場合があり、車両への操作入力が不可能になる可能性があるという問題があった。

本発明はアクティブ反力部が動作しない場合でも車両への操作入力を可能とし、車両の運転を可能にするものである。
車両の操作入力装置において、操作力を受ける操作入力部と、加えられた操作力に対して、電気的な制御による反力を前記操作入力部に生成するアクティブ反力部と、前記アクティブ反力部と前記操作入力部との間の力の伝達経路を開放するアクティブ反力切り離し部とを設ける。

第１図は、実施例の構成を示すブロック図である。
第２図は、実施例の構成を示す模式図である。
第３図は、演算装置の機能を示すブロック図である。
第４図は、操作入力部の一例を示す模式図である。
第５図は、走査入力部の一例を示す模式図である。
第６図は、操作入力部の一例を示す模式図である。
第７図は、操作入力部の一例を示す模式図である。
第８図は、操作入力部の一例を示す模式図である。
第９図は、操作入力部の一例を示す模式図である。
第１０図は、操作入力装置の反力を表すグラフである。
第１１図は、操作入力装置の反力を表すグラフである。
第１２図は、パッシブ反力部の一例を示す模式図である。
第１３図は、パッシブ反力部の一例を示す模式図である。
第１４図は、パッシブ反力部の一例を示す模式図である。
第１５図は、アクティブ反力部の一例を示す模式図である。
第１６図は、アクティブ反力部の一例を示す模式図である。
第１７図は、アクティブ反力部の一例を示す模式図である。
第１８図は、アクティブ反力部の一例を示す模式図である。
第１９図は、弾力係数を求めるためのグラフである。
第２０図は、減衰係数を求めるためのグラフである。
第２１図は、操作入力装置の反力を求めるためのグラフである。
第２２図は、操作入力装置の反力を求めるためのグラフである。
第２３図は、操作力を計測する手段の一例を示す模式図である。
第２４図は、操作力を計測する手段の一例を示す模式図である。
第２５図は、操作幅を計測する手段の一例を示す模式図である。
第２６図は、アクティブ反力切り離し部の一例を示す模式図である。
第２７図は、アクティブ反力切り離し部の一例を示す模式図である。
第２８図は、アクティブ反力切り離し部の一例を示す模式図である。
第２９図は、アクティブ反力切り離し部の一例を示す模式図である。
第３０図は、アクティブ反力部正常判断部で用いられるグラフである。
第３１図は、アクティブ反力部正常判断部で用いられるグラフである。
第３２図は、操作幅を求めるためのグラフである。
第３３図は、操作速度を求めるためのグラフである。
第３４図は、スイッチにより操作情報を得る手段の一例を示す模式図である。

以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。第１図に本発明を適用した車両の操作入力装置の一例を示す。
第１図において、１は運転操作が入力される操作入力部、２は機械的な構成により予め設定された特性を実現するパッシブ反力部、３は発生する反力を制御可能なアクティブ反力部、５はアクティブ反力部を制御するアクティブ反力制御装置、４はアクティブ反力部３と操作入力部１との間の反力の伝達を遮断するアクティブ反力切り離し部である。
ここで、操作入力部１にはパッシブ反力部２が接続されており、操作入力部１に加えられた操作力に対して所定の反力を生成する。また、アクティブ反力部３はアクティブ反力切り離し部４を介して操作入力部１に接続されており、アクティブ反力制御部５により制御された反力を操作入力部１に生成することができる。
操作入力部１に入力された操作情報は操作情報検出部６によって検出され、アクティブ反力制御部５、後述のアクティブ反力部正常判断部７、あるいは車両システム１１に伝達される。操作情報検出部６は操作入力部１の状態を検出するセンサ９とそのセンサ信号を処理するセンサ処理部１０を含んでいる。また、アクティブ反力部正常判断部７は操作情報検出部６により検知された操作入力部１の操作情報を基にアクティブ反力切り離し部４の作動あるいは警報部１２の作動を行う。ここで、センサ処理部１０とアクティブ反力部正常判断部７とアクティブ反力制御部５は演算装置８により実現される。車両システム１１は操作情報検出部６により検知された操作入力部１の操作情報を基に車両の挙動を決定する。
第１図に示す実施例の、より具体的な実施例として、操作入力部１をブレーキペダルとした場合の例を第２図に示す。
第２図において、ペダル２０，パッシブ反力部２１，電動アクチュエータ２４，アクティブ反力切り離し部２３，演算装置２５，センサ２２，電動キャリパ２６は、それぞれ第１図における、操作入力部１，パッシブ反力部２，アクティブ反力部３，アクティブ反力切り離し部４，演算装置８，センサ９，車両システム１１に相当する。
上記の構成において、パッシブ反力部２１による反力に抗してペダル２０が踏み込まれることにより、操作入力部が操作されることとなる。ペダル２０の踏み込み幅，踏み込み速度あるいは踏み込み力はセンサ２２により検出される。電動アクチュエータ２４はアクティブ反力切り離し部２３に接続されており、電気的に制御されることによってペダル２０に反力を与える。よって、ペダル２０にかかる反力はパッシブ反力部２１および電動アクチュエータ２４で発生した反力の合計となる。
ここで、パッシブ反力部２１が基本となる反力を生成し、電動アクチュエータ２４が適切な反力補正を行う構成とすれば、電動アクチュエータ２４の出力を抑えつつブレーキペダルとして十分な反力を実現することができる。
また、演算装置２５はセンサ２２の信号から操作の検出を行い、電動アクチュエータ２４を制御すると同時に、電動キャリパ２６に操作情報を伝達する。ここで、電動キャリパ２６は車両システム１１に相当し車両の制動力を生み出すことで車両の挙動を変化させることができる。
次に、第１図の演算装置８の詳細について、第３図に基づいて説明する。
第３図において、アクティブ反力制御部４６，アクティブ反力部正常判断部４４，センサ処理部４５は、それぞれ第１図の５，７，１０に相当する。
センサ処理部４５には、操作入力部１に入力された操作情報を検出するセンサ９からの情報が入力され、この情報に基づいて、アクティブ反力制御部４６がアクティブ反力部３を制御することにより、反力特性を制御する。
ここで、センサ９は、第３図の３０乃至３７に示すような種々のセンサの中から、操作の検出に利用する物理量に応じて選択することができる。例えば、荷重センサ３０や歪ゲージ３１をセンサ９として、操作入力部に加えられた操作力を検出してもよいし、例えば、ストロークセンサ３２，ポテンショメータ３３、あるいはロータリエンコーダ３４をセンサ９として、操作入力部の操作幅を検出してもよい。あるいは、タコメータ３５をセンサとして操作速度を検出してもよいし、加速度センサ３６をセンサ９として操作加速度を検出してもよい。またセンサ９を、操作入力部１が操作されたことを検知するスイッチ３７として、操作の検出を行ってもよい。
また、アクティブ反力を発生させるアクティブ反力部３は、電動モータ３８，油圧ポンプ３９，ソレノイド３９等が考えられ、アクティブ反力制御部４６がこれらを制御することにより、操作入力部１に発生する反力を制御する。
アクティブ反力部正常判断部４４については後述するが、センサ処理部４５の情報に基づいて警報装置４１の作動や、アクティブ反力切り離し部を作動させるための電動モータ４２あるいはソレノイド４３の駆動を行う。
第１図に戻って、操作入力部１について説明する。操作入力部１は、例えばペダルあるいはレバーあるいはステアリングのように車両を運転するための操作を入力する装置であり、足あるいは手により与えられた操作力によって、一定の範囲内で操作幅や操作速度が変化し、また、足あるいは手により与えられた操作力に対して一定の範囲に拘束された回転あるいは直線運動を行う装置である。操作入力部１に加えられた操作力あるいは操作入力部１の操作幅，操作速度は操作情報として車両システム１１に伝達され車両の挙動を決定する。
例えば、車両のブレーキに適用する場合には、操作入力部１をブレーキペダルとし、その操作情報に従って車両のブレーキシステムとなる電動キャリパあるいは油圧ポンプが作動し、車両を減速する構成が考えられる。また、車両のアクセルに適用する場合には、操作入力部１をアクセルペダルとし、その操作情報に従って電子制御スロットルが開閉し、車両を加速させる構成としてもよい。あるいは、車両の操舵に適用する場合には、操作入力部１をステアリングとし、その操作情報に従って電動ステアリング装置を作動し、車両の操舵を行う構成としてもよい。
操作入力部１の具体的な実施態様としては、第４図〜第９図に示すようなものが考えられる。
第４図は、操作入力部１をペダルとした例であり、ペダルの先端部５０に操作力として力が加わると、回転軸５１を中心にペダル５０ａが回転運動する構成である。第５図は、操作入力部１をペダルとした別の例であり、回転軸５３をペダル５２ａの先端部５２よりも下に配置する構成である。第４図及び第５図の構成は、操作入力装置を取り付ける車両の設計上の都合に応じて選択することができる。また第６図に示すように、操作入力部１は、先端部５４に対して直動方向に拘束され、先端部５４に加えられた力によって直動運動を行う構造としてもよい。さらに、操作入力部１を第７図のようなレバー状とし、作用点５５を手で操作するような構造や、第８図のように作用部５６をグリップ５７と一緒に握るような構造、あるいは第９図のように軸５９を中心にして作用部５８を回転させるような構造としてもよい。また、図示していないが、操作入力部１をステアリングとすることも出来る。なお、上記のような操作入力部に反力を発生させる機構の詳細については後述する。
再度第１図に戻って、パッシブ反力部２について説明する。パッシブ反力部２は物質の特性あるいは機械的構造により操作入力部１の状態に応じた反力を発生する。生じる反力特性はパッシブ反力部を構成する物質の特性あるいは機械的構造によりあらかじめ決められており、電気信号あるいは電気的制御手段によってその特性を変化させることはできない。
物質の特性や機械的構造による反力には、操作幅に応じた反力を発生する弾力特性と、操作速度に応じた反力を発生する減衰特性とがあり、パッシブ反力部は少なくとも何れか一方の特性を含む。また、それらを組み合わせた反力特性を持たせることも可能である。なおパッシブ反力部の反力特性の具体例としては、例えば、第１０図のように操作幅に応じて変化する特性や、第１１図のように操作速度に応じて変化する特性が考えられる。
パッシブ反力部２の具体的実施態様について第１２図〜第１４図に示す。第１２図〜第１４図は、操作入力部１を第４図に示すようなペダルとした場合を例に取って説明しているが、第５図〜第９図に示すような操作入力装置の場合についても同様に適用することが出来る。
第１２図は、弾力特性をもつバネ７０と減衰特性をもつダンパ７１を、ペダル７２と基準面７３とで挟むように取り付けた例であり、操作入力による変位に対してバネ７０が縮むように構成した例である。これに対し第１３図は、操作入力による変位に対してバネ７４が伸びるように取り付けた例である。また、第１４図は、操作入力装置の回転軸部７５に戻しバネ７６を取り付けてパッシブ反力部とした例である。
続いて、アクティブ反力部３について説明する。アクティブ反力部は、電動アクチュエータを電気的制御手段によって制御することにより、反力を生成する。ここで、電動アクチュエータは、例えば電動モータあるいはソレノイドを用いてもよいし、電動油圧ポンプを制御する構成を用いてもよい。また、アクティブ反力部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ていてもよい。
アクティブ反力部３は、操作入力部１に対する操作量に係らず反力を変化させることが可能であり、同じ変位や同じ操作速度において、ある程度任意の反力を発生させることが可能である。よってパッシブ反力部２にアクティブ反力部を併設し、パッシブ反力部の反力に力を上乗せして大きくするか、あるいはパッシブ反力部の反力と逆向きの力を生成して操作入力部にかかる反力を小さくすることができる。
前述の通り、パッシブ反力部で生成する反力はパッシブ反力部を構成する物質と機械的構造で特性が決定されてしまうが、アクティブ反力部は電気によりアクチュエータを駆動して反力を生成するため、制御により自由に反力を変化させることが可能となる。しかし、アクティブ反力部により大きな反力を出そうとすると、アクチュエータを大型にしなければならず、電力の消費も大きくなる。そこで、必要とされる反力特性の概略をパッシブ反力部で実現し、アクティブ反力部によりペダルの反力特性を変化させる構成とすれば、アクチュエータの出力を小さくしつつ実用範囲内で特性を変えた反力を操作入力部に発生させることができる。
アクティブ反力部３を実現するには、例えば操作入力部１をペダルとして、第１５図のように回転アクチュエータ８０をペダルの回転軸８１に取り付け、回転アクチュエータ８０から発生する回転力を反力とする方法がある。この場合、回転アクチュエータには例えば電動モータを用いてもよい。またアクティブ反力部として、第１６図のように直動アクチュエータ８２をペダル８３に取り付け、ペダル８３に反力を与える方法も考えられる。この場合直動アクチュエータにはソレノイドや直動型電動モータを用いてもよいし、また第１７図のように回転アクチュエータ８５の出力を回転直動変換手段８４により、直動方向に変換しペダルを駆動する構成としてもよい。回転直動変換手段としては例えばウォームギアを用いてもよいし、ボールねじを用いてもよい。ここで、直動アクチュエータとしては、例えば第１８図のように油圧ポンプ８８で発生させた油圧によってピストン８７を駆動しペダル８９に反力を与える方法を用いてもよい。
第１図において、アクティブ反力制御部５は操作情報検出部６から得られる情報（例えば操作幅，操作速度，操作加速度等）を用いて、発生させる反力を算出し、アクティブ反力部３を制御して操作入力部１に反力を発生させる。
ここで、発生させる反力を求める方法としては、例えば操作幅を元にして、第１９図および第２０図から弾力係数Ｋおよび減衰係数Ｄを決定し、反力＝（Ｋ×操作幅＋Ｄ×操作速度）を計算することによって求める方法や、あらかじめ設定された質量係数Ｍを用いて、反力＝（Ｋ×操作幅＋Ｄ×操作速度＋Ｍ×操作加速度）を計算しその値を反力とする方法がある。ここで例えば操作入力部１が一般的なブレーキペダルであった場合、Ｍは０．２ｋｇ程度の値となる。なお、第１９図は操作幅に対する弾力係数のグラフであり、第２０図は操作幅に対する減数係数のグラフである。また、第２１図に示すような操作幅に対する反力のグラフを用いて、検出した操作幅から直接的に反力を求めてもよいし、第２１図のグラフで求めた反力と操作速度を用いて第２２図のグラフから求めた反力を合計して求めてもよい。
次に、第１図において、操作情報検出部６は例えば操作入力部１に作用する操作力、あるいは操作幅や操作速度あるいは操作加速度を検出する。また、あるいはスイッチにより操作入力部１が操作されたことを検知する。
操作情報検出部の具体的な実装の例を第２３図〜第２５図に示す。操作力を検出するセンサとして、荷重センサあるいは歪ゲージが考えられる。例えば第２３図のように荷重センサ９０をペダルの先端部９１に取り付けてもよいし、荷重センサ９２のようにペダル９３と基準面９４の間に取り付けてもよい。また、例えば第２４図のようにパッシブ反力部９６とペダル９７の間に荷重センサ９５を取り付けてもよい。また、ペダルの構造物に歪ゲージを取り付け、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を検知してもよい。またペダルの速度や加速度変化から等価的に演算で求めてもよい。
操作幅を検出する手段としては例えば、ストロークセンサあるいはポテンショメータあるいはロータリエンコーダが考えられる。ここで、ストロークセンサは例えば第２５図のように取り付ける。ストロークセンサ１００はロッド１０１がペダル１０３に接触しており、ロッド１０１が押し込まれたり引き抜かれたりすると、ロッド１０１の移動をペダル１０３の操作幅として検知する。ロッド１０１の移動を検地する方法は、例えば可変抵抗を用いて電気抵抗の変化を検知することで行うことが出来る。あるいは磁気回路を用いて磁気抵抗の変化としてロッド１０１の移動幅を検出する方法も可能である。また、ペダル１０３の操作幅の検知方法としては、例えば回転軸１０２にポテンショメータ１０５を取り付け、ペダル１０３の回転角度を電気抵抗の変化で検出してもよい。ポテンショメータは例えば可変抵抗の抵抗変化により回転角度を検出する方式でもよい。また、例えばペダル１０３の回転軸１０２にロータリエンコーダを取り付けペダル１０３の回転角度を検知してもよい。ロータリエンコーダは例えば磁気素子を用いて、磁気の変化を検知する方式でもよいし、回転スリットを用いて光ピックアップで検知する方式でもよい。またペダル１０３の操作幅は、レーザ光をペダル１０３に照射しその反射光の位相を計測することで測定してもよい。あるいは操作速度を積分することによって演算で求めてもよい。
操作速度の検出には例えばタコメータを用いる。タコメータ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回転速度を計測する方式でもよい。また、操作速度は操作幅を微分することにより演算で求めてもよいし、操作加速度を積分して演算で求めてもよい。操作加速度の検知は例えば加速度センサを用いて計測してもよいし、速度を微分して演算により求めてもよい。
ここまで、アクティブ反力部を備えた操作入力装置について説明してきたが、アクティブ反力部はアクチュエータを用いて反力を生成するため、アクチュエータが故障した場合に以下に示すような問題が発生する。
アクティブ反力部には、アクチュエータの摩擦抵抗あるいはアクチュエータに取り付けられた増幅機構あるいは減速機構といったギア機構や、力の伝達機構における摩擦抵抗が存在する。また、アクチュエータが電気モータであれば逆起電力による抵抗も存在する。そのためアクチュエータが正常に動作していない場合には、操作入力部が動き難くなってしまう可能性があり、さらに増幅機構や減速機構の増幅比や減速比によっては、操作入力部１に力を加えても、アクティブ反力部が動かなくなり、操作が出来なくなってしまう可能性がある。
そのため、アクティブ反力部が正常に動作しない場合においても、操作入力部を使用可能とし、車両を操作可能とするため、アクティブ反力切り離し部を用いてアクティブ反力部を操作入力部から切り離す必要がある。
そこで、アクティブ反力切り離し部４を、アクティブ反力部３による反力が操作入力部１に伝達される部分に設置し、電気信号あるいは機械操作によってアクティブ反力部３と操作入力部１との間の力の伝達を切り離すことにより、アクティブ反力部３が固着あるいは動作不良を起こしても、操作入力部１への影響が出ないようにすることができる。
アクティブ反力部４の具体的な実施形態について、第２６図〜第２９図を参照して説明する。
まず、第２６図は操作入力部１をペダル１１０とし、アクティブ反力部として回転軸にトルクを伝達可能な電動モータ１１３を設けた実施例である。ここで電動モータ１１３とペダル１１０の間には、アクティブ反力切り離し部としてクラッチ１１２を設ける。このクラッチ１１２は二枚の円盤からなり、円盤が接触している時には電動モータ１１３とペダル１１０とが接続されており、電動モータ１１３による回転力がペダル１１０に伝達され、操作入力部の反力となる。ここで、開放装置１１４に電流が流れるとクラッチ１１２の二枚の円盤が分離され、電動モータ１１３とペダル１１０の機械的接続が切り離されるように構成することにより、電動モータ１１３が固着あるいは動作不良を起こしてもペダル１１０を操作することが可能となる。ここで開放装置１１４はソレノイドあるいは電動モータによって実現することが考えられる。また、開放装置１１４は電流が流れなくても、例えばレバー１１５を操作したりスイッチ１１６を押したりネジ１１７を回すような機械的操作によって、クラッチ１１２の二枚の円盤を切り離すような構造とすることも出来る。
また、第２７図のようにアクティブ反力部と操作入力部とが同じ中心を持つ駆動軸１２０および駆動軸１２１によって接続されており、駆動軸１２０と駆動軸１２１が拘束部品１２３で、固定されている構成を考える。ソレノイド１２２は電流を流すことにより、この拘束部品１２３を抜きだし、あるいは差し込むことにより駆動軸１２０と駆動軸１２１を接続、あるいは切り離すことができる構成となっている。さらにこの拘束部品１２３の抜き差しがレバー操作やネジ回しのような機械的操作で行えるようになっていてもよいし、あるいは手や工具により直接抜き差しできるような機構となっていてもよい。このような構成にすることで、アクティブ反力部が固着あるいは動作不良を起こしても操作入力部を操作することが可能となる。第２７図の構成は、操作入力部を第９図のような構成とした場合にも適用可能である。
さらに、アクティブ反力部と操作入力部との間を第２８図のような伝達機構で接続する構成としてもよい。第２８図に示す実施例は、駆動軸１３０および駆動軸１３３は、伝達部１３１および伝達部１３２で接続されており、ソレノイド１３５に流す電流を制御することにより、伝達部１３１と伝達部１３２とを接合させたり、離したりできるような構成となっている。なお、伝達部１３１，１３２は摩擦によりトルクを伝えるものでも、噛み合いによりトルクを伝えるものでもよい。
また、例えば第２９図のようにアクチュエータ１４０とペダル１４１の間を、拘束部品１４２で接続する構成としてもよい。拘束部品１４２はあらかじめ決められた大きさの引っ張り力あるいは圧縮力がかかると破壊される。アクチュエータ１４０が正常に動作している場合、ペダル１４１に加わる操作力と反力はほとんど釣り合っており、拘束部品１４２は破壊されない。しかし、アクチュエータ１４０が正常に動作しない場合、ペダル１４１に対する操作力と反力の差分が拘束部品１４２に作用し、拘束部品１４２が破壊される。拘束部品１４２の破壊によりアクチュエータ１４０とペダル１４１は切り離される。
アクティブ反力切り離し部を電気的な手段で作動させる場合、アクティブ反力部正常判断部によりアクティブ反力部が正常に動作するかどうかを判断する。アクティブ反力部正常判断部によってアクティブ反力部が正常に動作しないと判断された場合、アクティブ反力部正常判断部はアクティブ反力切り離し部に対し、アクティブ反力部を切り離すための電気的操作を行う。
ここで、アクティブ反力部正常判断部７によりアクティブ反力部３が正常に動作しないと判断される条件について説明する。
操作入力部１における反力はパッシブ反力部２あるいはアクティブ反力部３によって生成されるが、アクティブ反力部３はその駆動に電気力を必要とするため、車両の電源にアクティブ反力部３を駆動するだけの電気容量が残っていないか、または、アクティブ反力部３が所属する電気系統に電力が供給されていない場合は、アクティブ反力部３で反力を生成することができない。そのため、アクティブ反力部３に供給される電源の電流や電圧に異常があった時、あるいは車両の電源の充電と放電の関係から車両の電源にアクティブ反力部３を駆動するだけの容量が確保されていないと推定される場合、アクティブ反力部正常判断部７はアクティブ反力部３が正常に動作しないと判断する。
また、例えばアクティブ反力部３におけるアクチュエータ自身に異常が発生した場合、あるいはアクティブ反力制御部５に異常があった場合、あるいは操作情報検出部６に異常があった場合、あるいは操作情報検出部６から得られた操作情報に異常または矛盾があった場合、あるいは操作情報検出部６やアクティブ反力部３との間の信号線，電源線に異常があった場合、アクティブ反力部３を正常に動作させることができないと判断する。以下、異常判断の例を示す。
例えば、操作入力部１の操作幅と操作速度を用いて、（Ｋｖ×操作幅＋Ｄｖ×操作速度）を求め、その値と操作入力部１に加えられた操作力の差の絶対値が、あらかじめ決められた値Δｖより大きかった場合アクティブ反力部３が正常に動作していないと判断することができる。ここで、Ｋｖは第３０図のグラフで求められ、Ｄｖは第３１図のグラフで求められるとしてもよい。またΔｖは（Ｋｖ×操作幅＋Ｄｖ×操作速度）の１０％としてもよい。また、例えばパッシブ反力部とアクティブ反力部の反力の合計値に対して、操作入力部に加えられた操作力の差の絶対値が予め定めた値より大きい場合に、アクティブ反力部が正常に動作していないと判断してもよい。パッシブ反力部が生成している反力は操作入力部の操作幅と操作速度から推定してもよいし、荷重センサで検出してもよい。
また、アクティブ反力部正常判断部７はアクティブ反力部３が正常に動作しないと判断される場合、警報部１２を駆動することによってアクティブ反力部が正常に動作しないことを明示する。警報部１２は例えば、ブザーあるいは音声といった聴覚の情報によるものでもよいし、また例えば、ランプあるいは文字といった視覚の情報によるものでもよい。また例えば、機械的操作によりアクティブ反力切り離し部７を作動させアクティブ反力部を操作入力部から切り離すことを促すものであってもよい。
次に、アクティブ反力部が正常に作動する場合でもアクティブ反力部を切り離す場合について説明する。
操作入力部１はパッシブ反力部２およびアクティブ反力部３に接続しており、アクティブ反力部３による反力が無い場合でもパッシブ反力部２のみでペダルに反力を生成する。そのため、アクティブ反力部が正常に動作する場合でも、アクティブ反力部３を切り離してパッシブ反力部２のみでペダルに反力を生成することにより、電力の消費やアクチュエータの駆動音を抑えることができる。また、ペダルが出す必要のある反力とパッシブ反力部２により生成される反力が同じ場合、アクティブ反力部３の出力は０とすることが理想となる。
しかし、操作入力部の反力をパッシブ反力部のみで生成しようとした場合、アクティブ反力部が操作入力部と機械的に接続していると、アクティブ反力部の逆起電力や摩擦抵抗により、操作入力部に余分な負荷がかかり、操作入力部が動かないあるいは非常に動きづらくなる。そこで、アクティブ反力部が必要ない場合はアクティブ反力切り離し部を用いてアクティブ反力部をペダルから切り離すことを考える。
具体的には例えばパッシブ反力部が生成する反力の計測値あるいはパッシブ反力部が生成しているであろう反力の推定値がアクティブ反力部を用いて実現しようとしている反力に等しい場合、アクティブ反力部を切り離す。あるいは、例えばスイッチやレバーによりアクティブ反力部を無効にする設定が選択されていた場合、アクティブ反力部を切り離す。
この実施例によれば、パッシブ反力部のみで所望の反力特性を実現できる場合に、アクティブ反力部の摩擦抵抗等の影響を切り離すことが可能となり、制御性の向上及び消費電力の低減が図られる。
次に、操作情報検出部６で検知した操作入力部１の操作情報を、車両システム１１に伝達することを考える。車両システム１１は伝達された操作情報を元に車両の挙動を変化させる。操作情報には操作入力部１の操作幅や操作速度あるいは操作入力部１に加えられた操作力の内少なくとも一つが含まれている。
ここで、操作入力装置のアクティブ反力部３に異常が発生した場合、アクティブ反力部３に含まれるアクチュエータや伝達機構の抵抗によって、操作入力部が動かない、あるいは動きにくくなるため、操作入力部１に異常な抵抗が加わった場合、操作入力部１の操作幅あるいは操作速度を正確に検出することができなくなる。そのため、車両システム１１で操作入力部１の操作幅あるいは操作速度を元にして車両の挙動を変化させた場合、正常な車両運転が行えず、車両が危険な挙動を行う可能性がある。しかし、操作入力部１に加えられた操作力は操作入力部１に異常な抵抗が加わった場合でも検出することが可能であるため、アクティブ反力部に異常が発生した場合、操作情報伝達部は操作入力部の操作力に基づいた操作情報を車両システムに伝達する方法が有効となる。
ここで、例えば、アクティブ反力部に異常が発生した場合に、車両システムに伝達する操作情報として操作力のみを用い、車両システムが操作力を基に車両の挙動を決定してもよい。しかし、車両システムが操作幅あるいは操作速度を基準に車両の挙動を決定している場合、アクティブ反力部に異常が発生しても、操作入力装置からは操作幅あるいは操作速度を車両システムに伝達したほうが有効である。そこで、例えばアクティブ反力部に異常が発生した場合、操作入力部１に加えられる操作力から、第３２図のようなグラフを元に操作入力部１の操作幅を計算する方法が考えられる。あるいは操作入力部１の操作力の変化量あるいは操作力の微分値を用いて、第３３図のようなグラフを元に操作入力装置の操作速度を計算する方法も考えられる。
さらに、アクティブ反力部が正常に動作しない場合でかつ操作力も検出できない場合を考える。ここで、第３４図の様に、操作入力部１５０とアクティブ反力部１５１の間にスイッチ１５２を設けることにより、操作入力部１５０に力が加わるとアクティブ反力部１５１の動作に関わらずスイッチ１５２が押された状態になり、操作入力部１５０に力が加わっていないときはスイッチが押されていない状態になる。アクティブ反力部に異常が発生した場合でも、スイッチ１５２が押されているかどうかを判定することにより、操作入力部１に力が加わっているかどうかを判断することができる。そこで、アクティブ反力部１５１が正常に動作しない場合にスイッチ１５２が押されて場合はあらかじめ決められた操作情報を車両システムに伝達する。
以上のように、本実施例では、アクティブ反力部が切り離せず、操作入力部が動き難い、あるいは、動かない場合でも、操作入力部に対する操作情報を算出して外部システムに伝達するため、最低限車両が危険な挙動を行うことを防ぐことができ、より信頼性の高い操作入力装置を実現することができる。
以上で説明した通り、アクティブ反力部が正常に作動しない場合やアクティブ反力が必要ない場合はアクティブ反力部を切り離し、パッシブ反力のみで操作入力装置の反力を確保して車両の操作を可能とする。
アクティブ反力切り離し部がアクティブ反力部を切り離す方法としては、アクティブ反力部正常判断部により電気的操作を用いて行われる方法や、機械的操作を用いて行われる方法が考えられる。
また、機械的操作を促すため、アクティブ反力部正常判断部が音あるいは光の情報によってアクティブ反力部が正常に動作しないことを明示することもできる。これにより運転者にアクティブ反力部の異常を報知することが可能となる。
また、操作情報検出部は操作入力装置に加えられた操作力あるいは操作入力装置の操作幅や操作速度を操作情報として検出し、検出された操作情報を車両システムに伝達することにより、車両の操作を可能とする。
また、アクティブ反力部が正常に動作せず、操作入力装置の操作幅や操作速度の情報が得られない場合、操作力あるいはスイッチ情報を用いて操作情報を算出し車両システムに伝達する。これにより、車両の操作が可能となる。

アクティブ反力部が正常に動作しない場合やアクティブ反力が必要のない場合でも、操作入力部に反力を発生させることができ、車両の操作を行うことが可能となる。

Claims

操作力を受ける操作入力部と、
加えられた操作力に対して、電気的な制御による反力を前記操作入力部に生成するアクティブ反力部と、
前記アクティブ反力部と前記操作入力部との間の力の伝達経路を開放するアクティブ反力切り離し部とを備えることを特徴とする車両の操作入力装置。
請求項１において、
加えられた操作力に対して、物質の特性及び／又は構造による反力を前記操作入力部に生成するパッシブ反力部を有し、
前記パッシブ反力部による反力が、前記アクティブ反力部による反力よりも大きいことを特徴とする車両の操作入力装置。
請求項１において、
前記アクティブ反力部の異常を検出するアクティブ反力部正常判断部を備え、
該アクティブ反力部正常判断部が前記アクティブ反力部の異常を検出した場合は、前記アクティブ反力切り離し部により、前記アクティブ反力部と前記操作入力部との間の力の伝達経路を開放することを特徴とする車両の操作入力装置。
請求項３において、
前記アクティブ反力部正常判断部がアクティブ反力部の異常を検出した場合、警報を発することを特徴とする車両の操作入力装置。
請求項３において、
前記アクティブ反力部正常判断部が前記アクティブ反力部の異常を検出する条件として、
前記操作入力部に加えられた操作力が、前記操作入力部の操作幅あるいは操作速度を基準として決められる所定の範囲から逸脱したことが含まれることを特徴とする車両の操作入力装置。
請求項１において、
前記操作入力部の操作情報を検出する操作情報検出部と、
検出した操作情報を車両システムに伝達する送信部とを備えることを特徴とする車両の操作入力装置。
請求項６において、
前記操作情報検出部が検出する操作情報は、少なくとも操作入力部の操作幅，操作速度，操作力の何れか一つを含むことを特徴とする車両の操作入力装置。
請求項６において、
前記操作入力部の操作幅あるいは操作速度が検出できない場合、前記操作入力部に加えられる操作力に基づいて操作情報を算出し、車両システムへ送信することを特徴とする車両の操作入力装置。
請求項６において、
前記アクティブ反力部の異常を検出した場合、前記操作入力部への操作力に基づいて操作情報を算出し、車両システムへ送信することを特徴とする車両の操作入力装置。
請求項６において、
前記アクティブ反力部の異常を検出した場合、前記操作入力部への操作をスイッチによって検出し、検出したスイッチ情報に基づいて操作情報を算出し、車両システムへ送信することを特徴とする車両の操作入力装置。
請求項３において、
加えられた操作力に対して、物質の特性及び／又は構造による反力を前記操作入力部に生成するパッシブ反力部を有し、
前記操作入力部に加えられる操作力に対して発生させるべき反力が、前記パッシブ反力部のみで実現可能である場合に、
前記アクティブ反力切り離し部により、前記アクティブ反力部と前記操作入力部との間の力の伝達経路を開放することを特徴とする車両の操作入力装置。
一端が回転軸を中心に回動可能にとりつけられ、他の一端に操作力を受けて回動するブレーキペダルと、
前記ブレーキペダルに対する操作量および／または操作力を検出する操作入力検出部と、
前記ブレーキペダルに加えられた操作力に対して、物質の特性及び／又は構造による反力を前記ブレーキペダルに生成するパッシブ反力部と、
前記ブレーキペダルに加えられた操作力に対して、電気的な制御による反力を前記ブレーキペダルに生成するアクティブ反力部と、
前記アクティブ反力部と前記操作入力部との間の力の伝達経路を開放するアクティブ反力切り離し部とを備えることを特徴とする車両の操作入力装置。
請求項１２において、
前記アクティブ反力部の異常を検出するアクティブ反力部正常判断部を備え、
該アクティブ反力部正常判断部が前記アクティブ反力部の異常を検出した場合は、前記アクティブ反力切り離し部により、前記アクティブ反力部と前記操作入力部との間の力の伝達経路を開放することを特徴とする車両の操作入力装置。
請求項１２において、
前記アクティブ反力部は、前記回転軸にトルク伝達可能に設けられた電動モータであることを特徴とする車両の操作入力装置。
請求項１２において、
前記パッシブ反力部は、前記ブレーキペダルの回動に応じて変位を生じるバネ機構であることを特徴とする車両の操作入力装置。
請求項１２において、前記アクティブ反力切り離し部は、前記アクティブ反力部と前記ブレーキペダルとの間に設けたクラッチ機構であることを特徴とする車両の操作入力装置。
操作力を受ける操作入力部と、
加えられた操作力に対して、電気的な制御による反力を前記操作入力部に生成するアクティブ反力部と、
前記アクティブ反力部と前記操作入力部との間の力の伝達経路を開放するアクティブ反力切り離し部とを備えた車両の操作入力装置を制御する車両用制御装置であって、
前記アクティブ反力部の異常を検出した場合は、前記アクティブ反力切り離し部を制御して、前記アクティブ反力部と前記操作入力部との間の力の伝達経路を開放することを特徴とする車両用制御装置。