JP6033197B2 - 反力出力装置 - Google Patents

Description

本発明は、反力出力装置に関する。

近年、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開発されている（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

しかしながら、特許文献１に記載のアクセルペダル装置は、必ずしも操作性が良くなかった。特許文献１に記載のアクセルペダル装置では、モータが反力を作り出すが、モータの閉回路で生じるフリクショントルクの増加により、踏み込み動作時の反力が必要以上に大きくなってしまうことがあった。これを避けるために、例えばモータへの通電を抑制すると、モータの出力が不足し、モータの駆動部材がペダルアームに十分に追従できない場合がある。

本発明は、追従性を向上させることが可能な反力出力装置を提供することを目的の１つとする。

本発明の反力出力装置は以下の構成を採用した。
（１）駆動部材を駆動することで、人により操作される操作子に対し、操作方向とは逆方向の力を出力する駆動部と、前記操作子と前記駆動部材との間に離間が生じているか否かを判定し、離間が生じていると判定した場合には、離間が生じていないと判定した場合に比して大きい駆動力を出力するように前記駆動部を制御する制御部と、を備えるようにした。
係る構成によれば、操作子と駆動部材との間に離間が生じている場合には、反力出力装置は、より大きな駆動力を出力するため、駆動部材は操作子を追従する。そのため、駆動部材と操作子との間に離間が生じにくい。従って、反力出力装置が出力する反力を操作子に正確に伝達することができ、例えば、アクセルフィーリングを向上させることができる。

（２）前記制御部は、前記離間が生じていないと判定した場合には、外部から入力された制御目標値に基づいて、前記駆動部への通電を間欠的に行うことにより前記駆動部を制御し、前記離間が生じていると判定した場合には、前記離間が生じていないと判定した場合に比して前記駆動部への通電期間を長くしてもよい。
係る構成によれば、反力出力装置は、駆動部材と操作子との間に離間が生じていないときは、例えば、走行速度などの外部の情報に応じた制御目標値に基づいて反力を操作子に伝達することができる。また、離間が生じているときは、長時間の通電により離間を解消する。従って、反力出力装置は、操作子を介して、利用者に情報を伝達することができる。

（３）前記制御部は、前記離間が生じていないと判定した場合において、ＰＷＭ制御によって前記駆動部を駆動する期間と、前記駆動部への通電を停止する期間とを交互に設けてもよい。
例えば、操作子と駆動部材との間に離間が生じていない場合に、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により駆動部の駆動力を制御したときは、パルスの開放区間であっても、回路内に存在するダイオードによる回生などの回路特性のために、クローズ回路が維持されて適切な駆動力を出力できないことがある。上記の構成によれば、ＰＷＭ制御によって駆動部を駆動する期間の他に、駆動部への通電を停止する期間を設けるため、上述のクローズ回路が維持されるという現象を回避することができる。従って、駆動部は適切な駆動力を出力することができる。

（４）前記駆動部は、回転電動機であり、前記制御部は、前記駆動部の回転の遅延程度に基づいて、前記操作子と前記駆動部材との間に離間が生じているか否かを判定してもよい。
係る構成によれば、反力出力装置は、通電によって期待される電動機の回転に対して、実際の電動機の回転の遅延を検出する。電動機の回転と駆動部材の動きとは連関しており、駆動部材の動きが制限されると、電動機の回転が妨げられる。また、駆動部材の動きは操作子の操作によって妨げられる。このため、操作子が操作されている間、電動機の回転は妨げられ、遅延する。従って、電動機の遅延程度を検出することで、操作子と駆動部材との実際の距離を測ることなく、操作子と駆動部材との間に離間が生じているか否かを簡便に判定し、駆動部の出力する駆動力を制御することができる。

（５）前記制御部は、前記駆動部が消費する消費電流の変動に基づいて、前記操作子と前記駆動部材との間に離間が生じているか否かを判定してもよい。
係る構成によれば、反力出力装置は、通電によって駆動部が消費する消費電流の値を検出する。例えば、駆動部の回転電動機が回転している場合、駆動部内部では、回転に伴って回路の通電経路が切り替わるため消費電流は小さくなる。電動機が回転していない場合、同じ経路を電流が流れ続けるため、消費電流が大きくなる。上述の通り、操作子による駆動部材の動きの制限によって電動機の回転は妨げられる。従って、電動機の消費電流を検出することで、操作子と駆動部材との実際の距離を測ることなく、操作子と駆動部材との間に離間が生じているか否かを簡便に判定することができる。

（６）前記制御部は、入力される前記操作子の操作量と、前記駆動部の駆動部材の変位とに基づいて、前記操作子と前記駆動部材との間に離間が生じているか否かを判定してもよい。
係る構成によれば、操作子の位置を示す操作量と駆動部材の位置を示す駆動部材の変位とに基づいて、駆動部材と操作子との間に離間が生じているか否かを判定するため、駆動部材を大きな出力で駆動させるべきか否かを正確に判定することができる。

本発明によれば、追従性を向上させることが可能な反力出力装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る反力出力装置を備えたアクセルペダル装置の外観構成の一例を示す図である。 本実施形態に係る反力生成装置の内部構成の一例を示す図である。 本実施形態に係る反力生成装置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。 本実施形態に係る反力生成装置のマイコンにより実行される基本的な制御を模式的に示す図である。 モータへの外部負荷の無い場面における、本実施形態に係る反力生成装置のホールＩＣからの検出信号の一例を示す図である。 モータへの外部負荷の有る場面における、本実施形態に係る反力生成装置のホールＩＣからの検出信号の一例を示す図である。 モータへの外部負荷の有る場面における、本実施形態に係る反力生成装置のホールＩＣからの検出信号の他の例を示す図である。 本実施形態に係る反力生成装置の通電制御処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る反力生成装置のモータの消費電流への外部負荷の影響の一例を説明するための図である。 本実施形態に係る反力生成装置の通電制御処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る車両の備える反力出力装置の通電制御処理の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。各実施形態における反力生成装置は、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などの操作子に、踏力とは逆向きの力（反力）を出力することにより、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ための装置である。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。操作子としてはアクセルペダルの他、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が挙げられる。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る反力出力装置１０を備えた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、運転席の足元前方の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、反力出力装置１０の内部構造の一例を示す図である。図２では樹脂製のハウジング１４のハウジングカバーを取り去った状態を示している。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（電動機）２０と、ハウジング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トルクを増大させ、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が設けられ、小孔にはホール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ため、ホールＩＣの出力電圧に基づいて回転子の回転量を検出することができる。以下では、一例として、ホールＩＣが３つ設置されている状態として説明するが、ホールＩＣは、２つや４つ以上の複数であってもよい。

図３は、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、電流検出センサ６６とを備える。なお、以下では３つのホールＩＣを総称してホールＩＣ６４として説明する場合がある。

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を、上位ＥＣＵ７０から受信する。マイコン５６は、上位ＥＣＵ７０から受信した反力設定値に基づいてモータドライバＩＣ５８を制御し、パワーＦＥＴ６０への通電を制御させる。

基本的には、マイコン５６は、モータドライバＩＣ５８に対し、パワーＦＥＴユニット６０を、反力設定値に応じたデューティ比でＰＷＭ制御させる。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。

また、マイコン５６は、ＰＷＭ制御を行う期間と、パワーＦＥＴ６０Ｕ、パワーＦＥＴ６０Ｖ、パワーＦＥＴ６０Ｗの全てを同時にオフする期間とを周期的に切り替えて制御を行う。モータドライバＩＣ５８には、パワーＦＥＴ６０Ｕ、パワーＦＥＴ６０Ｖ、パワーＦＥＴ６０Ｗの全てを同時にオフする信号（以下、全オフ信号）の入力を受け付けるための入力端子５８ａを備えている。

図４は、マイコン５６により実行される基本的な制御を模式的に示す図である。この図において時間はｔ１０からｔ１２へと経過している。マイコン５６は、モータドライバＩＣ５８の入力端子５８ａに、間欠的に全オフ信号を出力する。全オフ信号は、例えばＬＯＷアサートで入力され、全オフ信号がＨＩＧＨのとき、モータドライバＩＣ５８は、パワーＦＥＴ６０に通電し、ＰＷＭ制御を行う（ＰＷＭ制御オン）。また、全オフ信号がＬＯＷのとき、モータドライバＩＣ５８は、パワーＦＥＴ６０Ｕ、パワーＦＥＴ６０Ｖ、パワーＦＥＴ６０Ｗのいずれに対しても通電を行わない（ＰＷＭ制御オフ）。パワーＦＥＴ６０への通電が行われている間は、モータ２０が駆動し、電流が消費される。なお、以下では、以上のようにモータ２０への通電を間欠的に制御することを間欠制御と称することがある。また、以下では３つのパワーＦＥＴを総称してパワーＦＥＴ６０として説明する場合がある。

図４に示すような制御は、以下のような事情により行われる。コイルとパワーＦＥＴ等によって駆動されるモータ２０によって反力出力装置１０を構成すると、モータ２０の閉回路で生じるフリクショントルクの増加により、ペダルアーム４が踏み込まれたときのトルクが上昇し、反力が過剰になる場合がある。これに対し、デューティ比が１００％でないＰＷＭ制御を行うと、パルスのオフ区間においてモータ２０はオープン回路となる筈であるが、パワーＦＥＴ６０のダイオードによる回生や付加部品により、電流が抜けきらずにクローズ回路を維持してしまう場合がある。このため、パワーＦＥＴ６０Ｕ、パワーＦＥＴ６０Ｖ、パワーＦＥＴ６０Ｗの全てを同時にオフし、ＰＷＭ制御を行わない期間を設ける必要がある。

ところが、図４に示すような制御を行った場合、ＰＷＭ制御を行わない期間が存在することに起因して、反力出力装置１０の出力不足を招く場合がある。この結果、例えば運転者がペダル本体部６を踏み込んだ状態から、ペダル本体部６から足を離した直後等において、モータ２０の回転がペダルアーム４の戻りに追従できず、例えば、出力レバー１２の先端部と反力伝達レバー８の先端部とが離間する場合がある。このようにモータ２０が駆動する出力レバー１２と、反力伝達レバー８との間に上記のような離間が生じると、モータ２０がペダルアーム４に対して直ちに反力を出力することができなくなる（追従性が悪化する）。この結果、次に運転者がペダルアーム４を踏み込んだときに反力が感じられず、アクセルフィーリングが変動してしまう場合がある。

これに対し、本実施形態の反力出力装置１０は、出力レバー１２とペダル本体部６との間の連結構造（本実施形態では、特に、出力レバー１２と反力伝達レバー８との間）に離間が生じているか否かを判定し、判定結果に応じてモータ２０の出力を制御することで、上記のような追従性の悪化を抑制する。以下、これについて説明する。

マイコン５６には、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、モータ２０の消費電流についての情報を電流検出センサ６６から受信する。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の回転子の回転量に関する情報をマイコン５６に出力する。

マイコン５６は、ホールＩＣ６４の検出結果に基づくモータ２０の回転子の回転量に関する情報を、モータドライバＩＣ５８を介して（或いは直接的にホールＩＣ６４から）受信する。本実施形態では、ホールＩＣ６４Ｕ、６４Ｖ、６４Ｗの検出結果に基づいて、反力出力装置１０の出力レバー１２とペダル本体部６との間の連結構造に離間が生じているか否か、すなわち本実施形態の場合は、出力レバー１２と反力伝達レバー８との間に離間が生じているか否かを、マイコン５６が判定する。離間が生じていると判定した場合、モータドライバＩＣ５８は、パワーＦＥＴ６０への通電を、離間が生じていないと判定した場合よりも長時間にわたり行う。これにより、出力レバー１２には、離間が生じていないと判定した場合よりも大きい駆動力が出力され、より迅速に反力伝達レバー８に接近して当接する。その結果、反力出力装置１０のペダル本体部６への追従性が向上することになる。また、離間が生じていないと判定した場合、モータドライバＩＣ５８は、パワーＦＥＴ６０への通電を、反力設定値に応じたデューティ比でＰＷＭ制御する。これにより、反力出力装置１０は、適切な反力をペダル装置に出力する。

以下、ホールＩＣ６４の検出結果に基づいた離間の判定方法について説明する。図１にて説明したように反力出力装置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、反力がペダル本体部６に付与される。その逆に、ペダル本体部６に加えられた踏力は、ペダルアーム４と反力伝達レバー８を介して、出力レバー１２に対して、その回動方向とは逆向きの力を与える。そして、出力レバー１２の回動力は、モータ２０の回転子の順方向への回転によって得られるため、ペダル本体部６に加えられた踏力は、モータ２０の回転子の順方向への回転を妨げる外部負荷として作用する。すなわち、反力伝達レバー８と出力レバー１２とが当接している（離間が生じていない）ときは、モータ２０の回転子の回転は踏力に応じて妨げられ、当接していない（離間が生じている）ときは、モータ２０の回転子の回転は妨げられない。従って、モータ２０に与えられた駆動信号による予定回転速度よりも回転速度が遅いときは、出力レバー１２とペダル本体部６との間の連結構造に離間が生じていない（出力レバー１２とペダルアーム４とが当接している）と判定することができ、遅延が無い、或いは遅延の程度が小さいときは出力レバー１２とペダル本体部６との間の連結構造に離間が生じていると判定することができる。マイコン５６は、所定のサイクルで後述する長時間通電を行い、離間の有無を検知する。

ここで、外部負荷（踏力）のホールＩＣ６４の検出結果への影響について、図５〜図７を用いて説明する。なお、図５〜図７が示すグラフは、外部負荷の有無以外は、同一の条件下であることを前提としている。図５は、モータ２０への外部負荷が無い（或いは小さい）場面におけるホールＩＣ６４からの検出信号の一例を示す図である。図５の例では、時刻ｔ２０から時刻ｔ２６へと時間が経過している。時刻ｔ２２は、マイコン５６が外部負荷の検知を開始した時刻を示す。また、時刻ｔ２４は、マイコン５６が外部負荷の有無に応じた制御を開始した時刻を示す。検知開始までの期間（時刻ｔ２０〜時刻ｔ２２）、パワーＦＥＴ６０を制御するモータドライバＩＣ５８には、例えば、反力設定値に基づく全オフ信号が間欠的に入力されるため、モータ２０の回転子の回転は抑制されている。外部負荷の検知期間（時刻ｔ２２〜時刻ｔ２４）に入ると、パワーＦＥＴ６０には、間欠制御時よりも長時間の通電が行われる（以下、長時間通電制御と称する）。図５の例では、外部負荷が無いため、モータ２０の回転子の回転速度が上昇し、相間の時間差Ｔ１は、所定時間よりも小さくなる（換言すると、回転速度が予定回転速度よりも早くなる）。この所定時間は、一定値としてもよいが、モータ２０の回転子の回転数に応じて可変にしてもよい。従って、マイコン５６は、外部負荷が無いと判定し、検知期間終了後（時刻ｔ２４〜時刻ｔ２６）も、長時間通電制御を継続する。この結果、出力レバー１２には、離間が生じていないと判定した場合よりも大きい駆動力が出力され、より迅速に反力伝達レバー８に接近して当接することになる。なお、図５では、検知期間中（時刻ｔ２２〜時刻ｔ２４）及び検知期間終了後（時刻ｔ２４〜時刻ｔ２６）に、モータ２０に常時通電する例を示したが、これに限らず、例えば、通電時間の全オフ期間に対する比率を、間欠制御時よりも長くするようにしてもよいし、ＰＷＭ制御におけるデューティ比を間欠制御時よりも大きくしてもよい。

図６は、モータ２０への外部負荷が有る場面におけるホールＩＣ６４からの検出信号の一例を示す図である。図６の例では、時刻ｔ３０から時刻ｔ３６へと時間が経過している。時刻ｔ３２は、マイコン５６が外部負荷の検知を開始した時刻を示す。また、時刻ｔ３４は、マイコン５６が外部負荷の有無に応じた制御を開始した時刻を示す。外部負荷の検知期間（時刻ｔ３２〜時刻ｔ３４）では、図５の例と同様に、長時間通電制御が行われる。しかし、図６の例では、外部負荷が有るため、モータ２０の回転子の回転速度は小幅な上昇に留まる。

モータ２０への外部負荷が有る場合、検知期間における相間の時間差（遅延Ｔ２）は、所定時間よりも大きくなる（換言すると、回転速度が予定回転速度よりも遅くなる）。そのため、検知期間終了後（時刻ｔ３４〜時刻ｔ３６）、マイコン５６は、間欠制御を再開する。これにより、モータ２０の回転子の回転は抑制され、反力出力装置１０は必要以上に大きな反力を出力しない。

図７は、モータ２０への外部負荷が有る場面におけるホールＩＣ６４からの検出信号の他の例を示す図である。図７の例では、時刻ｔ４０から時刻ｔ４６へと時間が経過している。時刻ｔ４２は外部負荷の検知を開始した時刻を示す。また、時刻ｔ４４は外部負荷の有無に応じた制御を開始した時刻を示す。図７の例では、図６を用いて説明した場面に比して、より大きな外部負荷が有る場面を示している。そして、図７の例では、マイコン５６が外部負荷の検知を開始した後であっても、ホールＩＣ６４からの出力信号は、特定の相（本例ではＵ相）のみからしか検出されていない。これは、モータ２０の回転子が全く回転していないことを示している。

図７に示す状態は、例えば、強い外部負荷によってモータ２０の回転子の回転が完全に妨げられていたり、或いは、アクセルペダルが全閉位置にあり、それ以上出力レバー１２が動かせなかったりするときに生じる。従って、マイコン５６は、相間の時間差が計測できない場合には、外部負荷が有ると判定する。従って、マイコン５６は、検知期間の終了後、間欠制御を再開する。なお、ここでは説明を省略するが、さらに大きな外部負荷が反力出力装置１０に与えられたときには、モータ２０の回転子が逆回転することもある。この場合、ホールＩＣ６４の各相からの出力の順序が逆転する。マイコン５６は、これを検出することにより、外部負荷が加わったことを判定してもよい。

図８は、ホールＩＣ６４の出力電圧に基づいた通電制御処理の一例を示すフローチャートである。まず、マイコン５６は、外部負荷の検知タイミング（例えば、１００ミリ秒間隔）が到来したか否かを判定する（ステップＳ１００）。検知タイミングが到来していない場合（ステップＳ１００；ＮＯ）、ステップＳ１００に戻る。検知タイミングが到来した場合（ステップＳ１００；ＹＥＳ）、マイコン５６は、パワーＦＥＴ６０が長時間通電されるようにモータドライバＩＣ５８を制御し、モータ２０の駆動を試みる（ステップＳ１０２）。次に、モータドライバＩＣ５８は、ホールＩＣ６４Ｕ、６４Ｖ及び６４Ｗ各々から出力電圧を受信する（ステップＳ１０４）。次に、モータドライバＩＣ５８は、ホールＩＣ６４の各相から出力された出力電圧に基づく相間の時間差が、所定時間（例えば、２０ミリ秒）より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０６）。相間の時間差が所定時間より大きい場合（ステップＳ１０６；ＹＥＳ）、モータドライバＩＣ５８は、外部負荷が有る、すなわち出力レバー１２とペダル本体部６との間の連結構造に離間が生じていないと判定し（ステップＳ１０８）、間欠制御を再開する（ステップＳ１１０）。各相間の遅延が所定時間より大きくない場合（ステップＳ１０６；ＮＯ）、モータドライバＩＣ５８は、外部負荷が無い、すなわち出力レバー１２とペダル本体部６との間の連結構造に離間が生じていると判定し（ステップＳ１１２）、長時間通電制御を維持することにより、モータ２０をより大きな駆動力で駆動させ、出力レバー１２を反力伝達レバー８に追従させる（ステップＳ１１４）。

以上のように、本実施形態に係る反力出力装置１０によれば、マイコン５６は、出力レバー１２とペダル本体部６との間の連結構造に離間が生じているか否かを判定し、離間が生じていると判定した場合には、離間が生じていないと判定した場合に比して大きい駆動力を出力するようにモータ２０を制御するため、反力伝達レバー８への出力レバー１２の追従性を高めることができる。

また、マイコン５６は、モータ２０への通電を間欠的に行うことによりモータ２０を制御するため、反力が過大になることを抑制することができる。

また、マイコン５６は、ホールＩＣ６４が検出するモータ２０の回転子の回転の遅延程度に基づいて、出力レバー１２とペダル本体部６との間の連結構造に離間が生じているかを判定するため、新たな構成を追加することなく、通電の制御を行うことができる。

＜第２の実施形態＞
以下、図面を参照しながら本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態における反力生成装置は、ホールＩＣ６４の出力電圧に代えて、モータ２０の消費電流に基づいて、駆動部材と操作子との間に離間が生じているか否かを判定する。本実施形態では、各構成に対して第１の実施形態と同じ符号を使用し、同一の機能については説明を省略する。

図９は、外部負荷の検知期間におけるモータ２０の消費電流への外部負荷の影響の一例を説明するための図である。図９（ａ）は、モータ２０への外部負荷が無い場面における電流検出センサ６６からの検出信号の例を示す。時間は時刻ｔ５０ａから時刻ｔ５２ａへと経過している。また、図９（ｂ）は、モータ２０への外部負荷が有る場面における電流検出センサ６６の検出信号の例を示す。時間は時刻ｔ５０ｂから時刻ｔ５２ｂへと経過している。また、図９（ａ）と図９（ｂ）とで示されるグラフは、外部負荷の有無以外は、同一の条件下であることを前提としている。

上述の通り、ペダル本体部６に付与された踏力は、モータ２０の回転子の回転速度を低下させる。回転速度の変化は、ホールＩＣ６４の各相の出力電圧の出力時刻の時間差の他に、例えば、モータ２０の消費電流の増加として検出することができる。例えば、モータ２０に長時間通電が行われた場合、外部負荷が無いとき（図９（ａ））は、モータ２０の回転子が回転し、パワーＦＥＴ６０によってＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相の順に通電が速やかに切り替えられる。各通電相はコイルを備えるため、通電が特定の通電相を介して行われるとき、モータ２０の消費電流は時間の経過に伴って増加する。また、通電相が切り替わると、消費電流の増加はリセットされる。通電相の切り替わり速度とモータ２０の回転子の回転速度とは連動する。外部負荷が無い場合、モータ２０の回転子の回転速度は時間経過（時刻ｔ５０ａ〜時刻ｔ５２ａ）に伴って速まり、通電相は速やかに切り替わっていく。そして、消費電流は徐々に低下する。

その一方、外部負荷が有るとき（図９（ｂ））は、モータ２０の回転子の回転が妨げられる。例えば、モータ２０の回転子は、通電初期ではゆっくりと回転し、或る時刻（時刻ｔ５１ｂ）を境に回転が停止する。この場合、モータ２０の回転子がゆっくりと回転している期間（時刻ｔ５０ｂ〜時刻ｔ５１ｂ）は、ゆっくりと通電相が切り替わるため、消費電流はほとんど変化しない。そして、回転が停止してからの期間（時刻ｔ５１ｂ〜時刻ｔ５２ｂ）は、通電相の切り替えが起こらないため、消費電流が増加していく。このように、例えば、モータ２０の消費電流を検出し、当該消費電流が閾値以上か否かを判定することで、出力レバー１２が反力伝達レバー８に押圧されているか否か、すなわち、出力レバー１２とペダル本体部６との間の連結構造に離間が生じているか否かを簡便に判定することができる。

図１０は、モータ２０の消費電流に基づいた通電制御処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、第１の実施形態の図８を用いて説明した動作に相当し、図１０のステップＳ２００、Ｓ２０２、Ｓ２０８、Ｓ２１０、Ｓ２１２及びＳ２１４はそれぞれ図８のステップＳ１００、Ｓ１０２、Ｓ１０８、Ｓ１１０、Ｓ１１２及びＳ１１４と同様の処理であるため、説明を省略する。ステップＳ２０４において、電流検出センサ６６はモータ２０の消費電流を検出し、検出した情報をマイコン５６に出力する。次に、マイコン５６は、電流検出センサ６６が検出したモータ２０の消費電流が所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。消費電流が閾値以上である場合（ステップＳ２０６；ＹＥＳ）、ステップＳ２０８に遷移する。消費電流が閾値未満である場合（ステップＳ２０６；ＮＯ）、ステップＳ２１２に遷移する。

以上のように、本実施形態に係る反力出力装置１０によれば、第１の実施形態で説明した効果と同様の効果を得ることができる。また、マイコン５６は、モータ２０が消費する消費電流の変動に基づいて、出力レバー１２とペダル本体部６との間の連結構造に離間が生じているか否かを判定するため、新たな構成を追加することなく、通電の制御を行うことができる。

＜第３の実施形態＞
以下、図面を参照しながら本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態に係る反力出力装置１０は、モータ２０の回転子の回転量と、例えば、車両側から入力されるペダルアーム４の回動角度、すなわちペダルの操作量とに基づいて、出力レバー１２とペダル本体部６との間の連結構造に離間が生じているか否かを判定する。本実施形態では、各構成に対して第１及び第２の実施形態と同じ符号を使用し、同一の機能については説明を省略する。

本実施形態におけるモータドライバＩＣ５８は３つのホールＩＣ６４からの出力電圧に基づいてモータ２０の回転子の回転量を検出する。ホールＩＣ６４の出力電圧の出力回数は、モータ２０の回転子の回転量を反映する。また、ホールＩＣ６４の各相からの出力電圧の出力順序は、モータ２０の回転子の回転方向を反映する。例えば、ホールＩＣ６４からの出力電圧がＵ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相の順に検出された場合、モータ２０の回転子は順方向に回転しており、出力レバー１２が反力伝達レバー８の方向に駆動される。また、例えば、ホールＩＣ６４からの出力電圧がＵ相、Ｗ相、Ｖ相、Ｕ相の順に検出された場合、モータ２０の回転子は逆方向に回転しており、出力レバー１２が反力伝達レバー８の逆方向に駆動される。このように、モータドライバＩＣ５８は、ホールＩＣ６４からの出力電圧の出力回数と当該出力電圧が各相から検出された順序とに基づいて、モータ２０の回転子の回転量を正確に検出することができるため、出力レバー１２の変位、すなわち位置を算出することができる。モータドライバＩＣ５８は、算出した出力レバー１２の位置を示す情報をマイコン５６に出力する。

ペダルアーム４の回動角度は、例えば、ペダルアーム４に設置された回転センサにより検出され、上位ＥＣＵ７０に出力される。また、上位ＥＣＵ７０は、当該ペダルアーム４の回動角度を示す情報をマイコン５６に出力する。ペダルアーム４の回動は、ペダルアーム４に連結された反力伝達レバー８の位置を変化させる。従って、反力伝達レバー８の位置の変化は、ペダルアーム４の回動角度によって決定され、マイコン５６は反力伝達レバー８の位置を算出することができる。マイコン５６は、モータドライバＩＣ５８から入力されたモータ２０の回転子の回転量と、上位ＥＣＵ７０から入力されたペダルアーム４の回動角度とに基づいて、出力レバー１２と反力伝達レバー８とが当接するか否かを判定する。

図１１は、モータ２０の回転子の回転量とペダルアーム４の回動角度とに基づいた通電制御処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、第１の実施形態の図８を用いて説明した動作に相当し、図１１のステップＳ３００、Ｓ３０８及びＳ３１０はそれぞれ図８のステップＳ１００、Ｓ１１０及びＳ１１４と同様のため、説明を省略する。まず、モータドライバＩＣ５８は、３つのホールＩＣ６４から出力電圧が出力された回数と出力電圧の各相における検出順序とに基づいて、モータ２０の回転子の回転量を検出し、マイコン５６に出力する（ステップＳ３０２）。次に、ペダルアーム４の回転センサはペダルアーム４の回動角度を検出し、上位ＥＣＵ７０に出力する。上位ＥＣＵ７０は、当該回動角度をマイコン５６に出力する（ステップＳ３０４）。次に、マイコン５６は、モータ２０の回転子の回転量から出力レバー１２の位置を算出し、ペダルアーム４の回動角度から反力伝達レバー８の位置を算出する。そしてマイコン５６は、出力レバー１２と反力伝達レバー８とが当接するか否かを判定する（ステップＳ３０６）。当接する場合（ステップＳ３０６；ＹＥＳ）、ステップＳ３０８に遷移する。当接しない（離間する）場合（ステップＳ３０６；ＮＯ）、ステップＳ３１０に遷移する。

以上のように、本実施形態に係る反力出力装置１０によれば、第１の実施形態で説明した効果と同様の効果を得ることができる。また、マイコン５６は、入力されるペダルアーム４の操作量を示すペダルアーム４の回動角度と、モータ２０の出力レバー１２の変位とに基づいて、出力レバー１２とペダル本体部６との間の連結構造に離間が生じているか否かを判定するため、新たな構成を追加することなく、通電の制御を行うことができる。

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について説明したが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

例えば、上述の各実施形態において、マイコン５６は、上位ＥＣＵ７０から入力された制御目標値に基づいて、全オフ信号を出力する期間を変動させ、モータ２０への通電を間欠的に行うことによりモータ２０を制御するものとしたが、マイコン５６は、制御目標値に基づいてＰＷＭ制御のデューティ比を変更する制御を行ってもよい。

また、第１の実施形態におけるホールＩＣ６４の各相間の出力電圧の遅延の判定、第２の実施形態におけるモータ２０の消費電流の変動（増加）の判定及び第３の実施形態における出力レバー１２と反力伝達レバー８の当接の判定などは、マイコン５６ではなくモータドライバＩＣ５８が行ってもよい。

また、第１の実施形態における、出力レバー１２とペダル本体部６との間の連結構造に離間が生じているか否かの判定は、ホールＩＣ６４の各相の電圧信号の持続時間の長さに基づいて行ってもよい。この場合、モータ２０の回転子の回転速度の低下に伴って電圧信号の持続時間は長くなるため、当該持続時間が長いときには外部負荷が有り、出力レバー１２と反力伝達レバー８とが当接していると判定することができる。

１…アクセルペダル装置、２…ペダル本体ユニット、２ａ…保持ベース、２ｂ…支軸、４…ペダルアーム、６…ペダル本体部、８…反力伝達レバー、１０…反力出力装置、１２…出力レバー、１４…ハウジング、１６…反力出力軸、２０…モータ、２２…回転軸、３０…ギア減速機構、４０…ＣＡＮケーブル、５０…回路基板、５４…ＣＡＮ制御回路、５６…マイコン、５８…モータドライバＩＣ、６０…パワーＦＥＴ、６４、６４Ｕ、６４Ｖ、６４Ｗ…ホールＩＣ、７０…上位ＥＣＵ、７２…エンジン

Claims (5)

1. 駆動部材を駆動することで、人により操作される操作子に対し、操作方向とは逆方向の力を出力する駆動部と、
   前記操作子と前記駆動部材との間に離間が生じているか否かを判定し、離間が生じていないと判定した場合には、外部から入力された制御目標値に基づいて、前記駆動部への通電を間欠的に行うことにより前記駆動部を制御し、離間が生じていると判定した場合には、離間が生じていないと判定した場合に比して前記駆動部への通電期間を長くすることにより大きい駆動力を出力するように前記駆動部を制御する制御部と、
   を備える反力出力装置。
2. 前記制御部は、前記離間が生じていないと判定した場合において、ＰＷＭ制御によって前記駆動部を駆動する期間と、前記駆動部への通電を停止する期間とを交互に設ける、
   請求項１に記載の反力出力装置。
3. 前記駆動部は、回転電動機であり、
   前記制御部は、前記駆動部の回転の遅延程度に基づいて、前記操作子と前記駆動部材との間に離間が生じているか否かを判定する、
   請求項１又は請求項２に記載の反力出力装置。
4. 前記制御部は、前記駆動部が消費する消費電流の変動に基づいて、前記操作子と前記駆動部材との間に離間が生じているか否かを判定する、
   請求項１又は請求項２に記載の反力出力装置。
5. 前記制御部は、入力される前記操作子の操作量と、前記駆動部の駆動部材の変位とに基づいて、前記操作子と前記駆動部材との間に離間が生じているか否かを判定する、
   請求項１又は請求項２に記載の反力出力装置。

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