JP2013544694A

JP2013544694A - 自動車用アクセルペダルユニットの操作方法

Info

Publication number: JP2013544694A
Application number: JP2013532127A
Authority: JP
Inventors: ドレウス、フランク; ハベル、ペーター; レオネ、カルメロ
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2010-10-06
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-12-19
Anticipated expiration: 2031-09-28
Also published as: JP5951616B2; KR20130129932A; US20130186229A1; WO2012045625A1; EP2625055A1; EP2625055B1; KR101771887B1; DE102011079375A1; US9182774B2

Abstract

本発明は、ペダル戻しばね（２）の戻し力（Ｆres ）に対抗してペダル板（１）のスタート位置に対して、対応する作動力で生じさせるペダル板（１）の位置変化が、自動車の駆動モータの駆動力を増大させ、作動力が減少したときに、ペダル戻しばね（２）の戻し力がペダル板（１）をそのスタート位置の方向に後退させ、外部から作動可能な電気機械アクチュエータ（４）が、ペダル板（１）に作用する追加の戻し力（Ｆadd ）を設定可能に配置される、自動車用アクセルペダルユニットを作動する方法に関する。幾何学的及び電気機械的非直線性を補償するために、本発明では、較正工程が実行され、この結果全ペダルストロークにわたって、電気機械アクチュエータに対する設定値電流要求と追加戻し力との間に直線状関係が実現する。較正工程は３つのステージになっており、各ステージは先行するものに対して意図的に重複しており、電気機械アクチュエータの各角度位置で、所定の設置点電流要求に対して追加戻し力が生成さえるように実行される。

Description

本発明は、自動車用アクセルペダルの操作方法に関し、ここに、ペダル戻しばねの戻し力に対抗してペダル板のスタート位置に対して、対応するペダル作動力によるペダル板の位置変化で、自動車の駆動モータ（drive motor）の駆動力が増大し、作動力（activation force）が減少するときに、ペダル戻しばねの戻し力でペダル板がスタート位置の方向にペダル板を後退させ、また、外部から作動可能な電気機械アクチュエータが、ペダル板に追加の戻し力を作用させることができるように配置される。

現代の自動車では、一般に、自動車ドライバに対し、自動車に関する極めて多くの情報が送込まれるという問題がある。音響的及び光学的信号による車両ドライバへの過剰な刺激は、交通状態からドライバの注意を逸らすことになる。この結果、車両ドライバは、信号を聞き逃しあるいは無視し、又は、信号を要因（cause）に当て嵌め（assign）ないようになる。上述の一般的なタイプのアクセルペダルユニットは、光学的及び音響的システムのあらゆる不都合を回避するもので、縦方向動力学機能（車間距離情報、速度制限及び巡航制御）、及び、危険の警報表示または手動変速装置用シフトレバー表示部の表示に対する好適なマン・マシーンインターフェースである。

DE 10 2004 025 829 B4は、ステータ上の固定界磁コイルと磁気ディスクとを有し、ロータ上に種々の位置で逆に磁化されたトルクモータにより、対抗力部材（opposing force element）が形成される装置が開示されている。このようなトルクモータは、極めて大きなトルクを利用可能とする事実により区別される。電気力学及び幾何学的な非線形性は不都合であり、同じ電気的作動力が発生したときに、ドライバの足に同じ力の感覚が形成されないという状況に至る。

DE 10 2004 025 829 B4

したがって本発明の目的は、冒頭に特定した一般的なタイプの方法を改善し、車両ドライバに対し、その足に予測可能な力の感覚が形成されるようにすることにある。

この目的は、請求項１に記載の特徴を有する方法によって達成される。これでは、較正（calibration）工程が行われ、この結果、電気機械アクチュエータに対する設定点電流要求（setpoint current request）と追加戻し力との間に全ペダルストロークにわたって直線的関係が実現される。同じ操作が行われたときに、この手段は、車両ドライバの足に同じ力の感覚が常に形成される効果を有する。この結果、車両ドライバに良好な感覚が与えられ、これは、力の感覚を繰返し経験し、したがって、ある時間経過後はなじみ（familiar）になることによる。これは、追加戻し力の一定力の値（constant force value）が、電気機械アクチュエータの各角度位置で、所定の設定点電流要求に対して形成されるように、較正が行われるという事実で実行される。

本発明による方法の有益な発展例では、較正工程は、特性要因図（characteristic diagram）を使用して行われる。この特性要因図は、経験で取得したデータ、又は、アクセルペダルユニットのモデル計算に基づいて算出される行列（matrix）として具体化されることが好ましい。モデル計算は、ここではコンピュータ上のモデルのプログラミングと理解され、これは、アクセルペダルユニットの幾何学形状及び電気力学的非線形性（electrodynamic nonlinearities）を考慮し、アクセルペダルユニットの仮想モデルを計算する。

較正工程を実行するため、電気機械アクチュエータの角度位置および設定点電流要求を制御ユニットから特性要因図に供給することが用意されている（provision）。これでは、電気機械アクチュエータの角度位置は、角度位置の値が特性要因図に供給される前に、フィルター処理される。特性要因図からの出力値は、角度位置及び設定点電流要求の供給値で生じ（arises）、修正（correct）された設定点電流要求を得るために、後に、設定点電流要求で乗ぜられる（multiplied）。

１の好ましい実施形態では、修正された設定点電流要求は、再度修正するために更なる特性曲線（further characteristic curve）に送られる。更に、このように修正される設定点電流要求は、補正率で重み付けされる（weighting）ことにより、最終的（final time）に適合することができる。

経験的に獲得したデータを記録するため、又は、較正工程の効果的なコントロール（success control）のため、力測定ピックアップが、ペダル板の踏み領域に配置され、電気機械アクチュエータで生成される追加の戻し力が測定される。

以下に、例示的な実施形態及び添付の図面を参照して、本発明についてより詳細に説明する。

図１は、本発明による方法を実施可能なアクセルペダルユニットの概略図を示す。図２は、非作動のゼロ位置におけるアクセルペダルユニットの断面を示す。図３は、作動最終位置におけるアクセルペダルの断面を示す。図４は、本発明による方法のフローチャートを示す。

図１は、自動車用アクセルペダルユニットを示す。車両ドライバがアクセルペダルユニットのペダル板１を踏み、車両ドライバの対応する踏力により、戻し力Ｆres に抗してペダル板のスタート位置に対してペダル板の位置が変更されると、これは、自動車の駆動モータ（drive motor)の駆動力を増大する。ここでは、自動車の駆動モータが内燃エンジン、または、１または複数の電気モータ、または、これらのモータ（specified motors）の組み合わせで形成されるか否かは関係ない。車両ドライバがペダル板から足を解放すると、戻し力Ｆres がペダル板１をそのスタート位置の方向に戻す。この戻し力は、ペダル戻しばね２（図１には図示してない）で形成される。図１に示す実施形態は、更に、懸垂されたアクセルペダルユニットとして記載してあり、ペダル板１は、軸Ｐの回りを回転するように装着されたペダルレバーに接続されている。ここに記載の方法は、静止の（stationary）アクセルペダルユニットにも適用可能である。

現代の自動車では、多くの光学的及び／又は音響的情報項目が表示装置（display systems）により、車両ドライバに伝えられている。このような光学的及び／又は音響的情報項目が多数存在する場合には、車両ドライバが重要な情報を見落とし又はそれを認識しないことが容易に発生し得る。したがって、触覚（haptic）による情報が、アクセルペダルユニットを介して特に簡単な方法で車両ドライバに伝えられる。図１に示すアクセルペダルは、電気機械アクチュエータ４を用いて、ペダル板１が踏み込まれたときに車両ドライバの作動力に抗する追加の戻し力Ｆadd を発生させることができる。更に、電気機械アクチュエータ４を用いて振動又は短時間の力インパルスをペダル板１に発生させることもでき、車両ドライバはペダル板１に載置した足でこのようなペダル板１を感知することができる。したがって、例えば、ペダル板１の振動又はペダル板１上の力インパルスにより駆動モータが非効率的なモータ回転スピードであることを警報することにより、経済的な消費量低減態様で自動車が作動するのを確保することができる。車両ドライバに伝達することのできる他の触覚的な情報は、前方を走行する車両からの距離が不適切であること等のセーフティクリティカル（safety-critical）な情報を伝達することもできる。

追加の戻し力Ｆadd がペダルレバー１１、したがってペダル板１にアーム１２を介して伝達される。電気機械アクチュエータ４は、本実施形態ではトルクモータとして形成されている。トルクモータは、非常に大きなトルクを利用可能であるという事実により規定される。電気機械アクチュエータ４は強制戻し装置（force restoring device）として作用し、この追加の戻し力Ｆadd はペダルレバー１１及び／又はペダル板１に、自動車を減速する方向に作用する。ドライブディスク６が電気機械アクチュエータ４で回転可能となるように配置され、このドライブディスク６は追加の戻し力Ｆadd を、ドライブローラ７又は例えば摺動自由曲面（sliding free-form faces）等の他の好適な装置により、ペダルレバー１１に作用させることができる。電気機械アクチュエータ４を制御する制御ユニット１０が更に共通のハウジング３に一体化される。インターフェース９は、例えばＣＡＮバスである自動車の通信用バスを介して制御ユニット１０と、アクセルペダルユニットの外部の他の制御装置との間で信号を交換可能とするために、パワーエレクトロニクス装置（power electronics）の動力源、したがって電気機械アクチュエータ４の動力源を備える。

図２は、その非作動のゼロ位置ＰＮのアクセルペダル１１を有するアクセルペダルユニットを示す。すなわち、車両ドライバの足は、自動車を増速する方向にいかなる力もペダル板１に作用させていない。上述のように、ペダル板１１は、枢動ポイントＰの回りを、特にゼロ位置ＰＮから端部位置ＰＥまで枢動できるように配置されている。この端部位置ＰＥでは、アクセルペダルユニットは完全に作動され、車両ドライバが自動車を前方に全力で移動しようとするものである。ゼロ位置ＰＮから端部位置ＰＥの範囲は、ペダルストロークＳとも称される。ゼロ位置ＰＮでは、ペダルストロークＳ＝０％であり、端部位置ＰＥでは、ペダルストロークＳ＝１００％に対応する。ペダルレバー１１の枢動ポイントＰには、ペダル戻しばね２としてレッグばね（leg spring）が、戻し力Ｆres でそのゼロ位置ＰＮにペダルレバー１１を押圧するように配置されている。電気機械アクチュエータ４の回転軸は、端部位置ＭＥからそのゼロ位置ＭＮに回転する。ここでは、電気機械アクチュエータ４の回転軸の位置は、角度αで特徴付けられている。例示的な実施形態では、ペダルレバー１１及び電気モータ４の枢動ポイントＰ及びＭは、位置が離隔している。しかし、２つの枢動ポイントＰ及びＭが一致するアクセルペダルユニットも、完全にあり得る。

アクチュエータ戻しばね８は、特に、電気機械アクチュエータ４が励磁されていないときに、電気機械アクチュエータ４のドライブディスク６が更にドライブローラ７により、そのゼロ位置ＰＮの方向にペダルレバー１１を押圧するように、電気機械的アクチュエータ４に配置されている。ここでは、ペダル戻しばね２又はアクチュエータ戻しばね８のそれぞれの一端は、ここではばねの押圧方向に、ハウジング３に永続的に接続されている。ここで、アクチュエータ戻しばね８の一端は、ハウジング３のジャーナル１５に取付けられている。ペダル戻しばね２の他端はペダルレバー１１に作用し、及び／又は、モータ戻しばね８の他端はドライブディスク６に作用する。それぞればね２，８のゼロ位置ＭＮ，ＰＮ及び端部位置ＭＥ，ＰＥで定まる角度範囲は、ゼロ位置ＭＮに対し、更に、端部位置ＭＥに対し、ペダル戻しばね２の場合よりも大きい。これは、ドライブディスク６が、常にドライブローラ７を介してペダルレバー１１のアーム１２で支えられる（bear）ことを確保する。すなわち、モータ戻しばね８は、少なくとも電気機械アクチュエータ４が無励磁状態で、常に付勢されている（prestress）。

図３は、図２に示す例に対応するが、ペダルレバー１１がその端部位置ＰＥにある点で相違する。しかし、電気モータ４の端部位置ＭＥには達しておらず、これは、ＭＥの方向に矢印で示してある。

特に、ペダルシステムに一体化された制御ユニット１１により、電気モータ４を駆動するため、例えばホールセンサである対応するセンサにより、電気機械アクチュエータ４の角度位置αを検知することが有益である。しかし、対応するセンサは、図示してはない。これに代え、電気機械アクチュエータ４の位置は、このようなセンサを用いることなくソフトウェアでペダルレバー１１の位置から推測することができ、制御ユニット１０のペダルレバー１１の位置は、通信バスを介して信号を送られることが好ましい。この工程の結果、ペダルレバー１１の位置用センサと制御ユニット１０との電気接続から生じる安全に関する局面を回避することができる。

ここに記載の方法が解決する問題は、電気力学的及び幾何学的非直線性は、電気機械アクチュエータ４の種々の角度位置αにわたって、同じ電気的作動が生じたときにドライバの足に同じ力感覚が形成されない状況に至るということである。電気機械アクチュエータ４の制御ユニットにおける制御アルゴリズムが、特別な角度位置αで固定設定点電流要求Ｉsetp で作動されると、電気機械アクチュエータは特別の追加戻し力Ｆadd を形成する。そして、電気機械アクチュエータ４の他の角度位置αで同じ設定点電流要求Ｉsetpが作用すると、電気機械アクチュエータ４は力を較正する方法（method for calibrating force）によらず、異なる追加戻し力Ｆadd を形成する。ペダル板１に作用する追加の戻し力Ｆadd は、ここでは力測定ピックアップ１３により検知される。

本発明の方法は、較正工程（calibration process）が実行されてこの結果、全ペダルストロークＳにわたって上述の設定点電流要求Ｉsetpと追加の戻し力Ｆadd との間の直線的な関係が具体化されることを提案する。最終的に電気機械アクチュエータ４内に実際に流れる実際の電流Ｉact motorは、設定点電流要求に対して絶対値が全体的に同じでない。この方法は、３つのステージを有し、図４を参照して詳細に説明する。第１に、この方法の第１ステージにおけるステップ１５では、電気機械アクチュエータ４の測定された角度位置αが限定（limited）され、この方法のステップ１６では、再標準化された（re-standardized）角度位置αとして出力され、二次元特性要因図（two-dimensional characteristic diagram）１４に供給される。特性要因図１４に対する第２可変入力（second input variable）は制御ユニット１０の設定点電流要求Ｉsetpであり、設定点電流要求Ｉsetpと追加の戻し力Ｆadd との間の所要の直線的関係が生成されるように、較正工程で変更される。力較正（force calibration）のこの第１ステージでは、特性要因図１４は出力値Ｋout を出力し、この出力値は、較正された設定点電流Ｉcorrを得るために、ステップ１７にて設定点電流要求Ｉsetpで乗算（multiplied）される。

力較正の第２ステージでは、較正された設定点電流要求Ｉcorrがステップ１８で他の好適な特性曲線（characteristic curve）に供給される。この第２ステージは原則的に、特性要因図１４を含む較正工程の上述の第１ステージに対して重複する（redundant）。力較正の第２ステージでは、第１ステージで較正されたこの設定点電流要求Ｉcorrにしたがう較正ファクタＩvariantが、較正された設定点電流要求Ｉcorrに追加される。

力較正の第２ステージからの出力変数を重み係数で乗算することを含む力較正の第３ステージは、ステップ１９に設けることができ、力較正の第１及び第２ステージに対して基本的に重複する。得られた較正設定点電流要求Ｉcorr endが出力であり、この設定点電流要求Ｉcorr endは、ペダルレバーの全角度範囲にわたって一定であることを確保する追加戻し力Ｆadd setpの力の値が、ペダル位置から独立したがって電気機械アクチュエータ４の角度位置αから独立した、所定の設定ポイント電流要求Ｉsetpのために、生成される。

力較正の第１ステージにおける特性要因図１４は、行列（matrix）として具体化される。この行列は、各ペダルに対する経験的に、又は、代表的なアクセルペダルモジュール群から得られたデータ、または、アクセルペダルユニットのモデル計算によるデータで満たされる。データの経験的な記録の際、電気機械アクチュエータ４の全ての角度位置及びシステムに供給される種々の設定点電流要求に対して力測定ピックアップ１３の支援で、ペダル板１で結果として生じる追加戻し力Ｆadd を算出する（determine）ことが必要である。そして、電気機械アクチュエータ４に対する種々の設定点電流要求Ｉsetpと追加戻し力Ｆadd との間の直線的関係が、経験的に得られたデータを使用する演算により非直線性を取得することにより、全ペダルストロークＳ及び電気機械アクチュエータ４の全角度位置αにわたって実現される（implemented）。

第１ステージだけによる方法は、時間を要し、したがって連続生産に使用するために非常に適したものではない。このため、一方において、上述の行列は全体的に平均値で満たされる。他方において、力較正の他のステージが下流側に必然的に配置されることになる。

力較正の第２ステージに必要な特性曲線のデータは、同様な工程で得られ、ここで、力較正の第１ステージの較正行列の算出（determination）の際よりも極めて少ないパラメータを算出する必要がある。全体に、本発明では、種々の設定点電流要求Ｉsetpに対し、ペダル板１１の種々の角度位置で結果として得られる戻し力Ｆadd が測定される。その後に、電気機械アクチュエータ４に対する設定点電流要求Ｉsetpと追加戻し力Ｆadd との間に要求される直線的関係が全角度範囲にわたって使用目的に必要な精度で得られるように、各設定点電流要求値に対して種々の特性曲線の対応する値が算出される。

力較正の第３ステージから重み係数を算出することは、上記の特性曲線の算出に対してアナログ的な方法で行われるが、測定値の数はいっそう少ない。

力較正のステージは、意図的に重複する（redundant）ものであるため、それぞれ力較正の先行するステージの一定の（given）好適な較正データ及びアクセルペダルモジュールの対応する小さなサンプルを、より時間が少なく、したがって最も費用効率のよいそれぞれの方法に適用することが可能である。

Claims

ペダル戻しばね（２）の戻し力（Ｆres ）に対抗してペダル板（１）のスタート位置に対して、対応する作動力で生じさせるペダル板（１）の位置変化が、自動車の駆動モータの駆動力を増大させ、ペダル戻しばね（２）の作動力が減少したときに、ペダル戻しばね（２）の戻し力がペダル板（１）をそのスタート位置の方向に後退させ、外部から作動可能な電気機械アクチュエータ（４）が、ペダル板（１）に作用する追加の戻し力（Ｆadd ）を設定可能に配置される、自動車用アクセルペダルユニットを作動する方法であって、
全ペダルストロークにわたって、電気機械アクチュエータ（４）に対する設定値電流要求（Ｉsetp）と追加戻し力（Ｆadd ）との間に直線的関係が実現するように、較正工程が実行されることを特徴とする方法。
前記較正工程は、電気機械アクチュエータ（４）のそれぞれの角度位置（α）で所定の設定値電流要求（Ｉsetp）のために追加戻し力（Ｆadd setp）が生成されるように、実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記較正工程は、特性要因図（１４）を使用して実行されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
前記電気機械アクチュエータ（４）の角度位置（α）及び設定値電流要求（Ｉsetp）は制御ユニット（１０）から特性要因図（１４）に供給されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
前記電気機械アクチュエータ（４）の角度位置（α）は、角度位置（α）の値が特性要因図に供給される前に限定されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
前記特性要因図からの出力値（Ｋout ）は、その後、較正された設定点電流要求（Ｉcorr)を得るために設定点電流要求（Ｉsetp）で乗算されることを特徴とする請求項４又は５に記載の方法。
較正された設定点電流要求（Ｉcorr）は、他の特性曲線に供給されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
較正係数が較正された設定点電流要求（Ｉcorr）に追加されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
前記特性要因図は、経験的に取得したデータ、又は、アクセルペダルユニットのモデル計算に基づいて算出される行列として具体化されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１に記載の方法。
力測定ピックアップ（１３）が、電気機械アクチュエータ（４）で形成される戻し力（Ｆadd ）を測定するために、ペダル板（１）の踏み領域に配置されることを特徴とする請求項１から９のいずれか１に記載の方法。