JP6304559B2

JP6304559B2 - 反力出力装置

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Publication number: JP6304559B2
Application number: JP2015042297A
Authority: JP
Inventors: 宏行高妻
Original assignee: Honda Lock Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Honda Lock Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2018-04-04
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Description

本発明は、反力出力装置に関する。

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知られている（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、従来の反力出力装置では、モータ、モータに接続されたギヤ機構、およびギア機構に接続されたペダル（操作子）機構を有しているため、操作子に出力される反力が小さく感じられる場合があり、所望の高い反力を与えることができない場合あった。

本発明が解決しようとする課題は、操作子を介してより高い反力を感じさせることができる反力出力装置を提供することである。

本発明の反力出力装置は以下の構成を採用した。
（１）モータの駆動力をギア機構を介して駆動部材に伝達し、前記駆動部材を駆動することで、運転者により操作される操作子に対し、前記操作子の操作方向とは逆方向の力を出力する駆動部と、入力値に基づいて前記駆動部に与える制御量を決定する制御部であって、前記入力値に従って前記制御量を増加させる場合に、前記制御量を次第に増加させて一定値に維持した後、前記制御量をステップ状に高くする制御部と、を備えるようにした。
係る構成によれば、反力出力装置は、操作子を動作させて運転者に通知をする場合に、制御量を増加させた後に、一旦制御値を一定値に維持し、その後に制御量をステップ状に高くするので、より高い反力を運転者に感じさせることができる。

（２）前記制御部は、単位時間当たり入力値の増加量が所定値を超えた場合に、前記制御量を次第に増加させて一定値に維持した後、前記制御量をステップ状に高くしてもよい。
係る構成によれば、反力出力装置は、単位時間当たり入力値の増加量が所定値を超えた場合に前記制御量を次第に増加させて一定値に維持した後、前記制御量をステップ状に高くするので、喩え操作子が必要以上に踏み込まれた状況に、より高い反力を運転者に感じさせることができる。

（３）前記制御部は、前記操作子の操作速度が高いほど、前記制御量を前記ステップ状に高くする期間を短くし、前記制御量の傾きを大きくしてもよい。
係る構成によれば、操作子の操作速度が高いほど、短い期間において操作子の荷重を大きく増加させることができ、より高い反力を運転者に感じさせることができる。

本発明によれば、操作子を介してより高い反力を感じさせることができる反力出力装置を提供することができる。

一実施形態に係る反力出力装置１０を備え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。一実施形態に係る反力出力装置１０の内部構造の一例を示す図である。一実施形態に係る反力出力装置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。一実施形態に係る反力出力装置１０において反力設定値Ｐ（電流指令値Ｉ）の時間変化を示す図である。一実施形態に係るペダルアーム４を備えた反力出力装置１０の動作を示すタイミングチャートであり、ペダルアーム４の速度が０．１ｒｐｍであるときの三相電流（ａ）、ペダルアーム４のストローク（（ｂ）のＡ）、ペダル荷重（（ｂ）のＢ）、および平均値電流（（ｂ）のＣ）を示す。一実施形態に係る反力出力装置１０からペダルアーム４を除外した構成の動作を示すタイミングチャートであり、ペダルアーム４の速度が０．１ｒｐｍであるときの三相電流（ａ）、試験用モータの平均値（（ｂ）のＡ）、ＡＴＲトルク（（ｂ）のＢ）、および平均値電流（（ｂ）のＣ）を示す。一実施形態に係るペダルアーム４を備えた反力出力装置１０の動作を示すタイミングチャートであり、ペダルアーム４の速度が０．５ｒｐｍであるときの三相電流（ａ）、ペダルアーム４のストローク（（ｂ）のＡ）、ペダル荷重（（ｂ）のＢ）、および平均値電流（（ｂ）のＣ）を示す。一実施形態に係る反力出力装置１０からペダルアーム４を除外した構成の動作を示すタイミングチャートであり、ペダルアーム４の速度が０．５ｒｐｍであるときの三相電流（ａ）、試験用モータの平均値（（ｂ）のＡ）、ＡＴＲトルク（（ｂ）のＢ）、および平均値電流（（ｂ）のＣ）を示す。一実施形態に係るペダルアーム４を備えた反力出力装置１０の動作を示すタイミングチャートであり、ペダルアーム４の速度が１．０ｒｐｍであるときの三相電流（ａ）、ペダルアーム４のストローク（（ｂ）のＡ）、ペダル荷重（（ｂ）のＢ）、および平均値電流（（ｂ）のＣ）を示す。一実施形態に係る反力出力装置１０からペダルアーム４を除外した構成の動作を示すタイミングチャートであり、ペダルアーム４の速度が１．０ｒｐｍであるときの三相電流（ａ）、試験用モータの平均値（（ｂ）のＡ）、ＡＴＲトルク（（ｂ）のＢ）、および平均値電流（（ｂ）のＣ）を示す。一実施形態に係る反力出力装置１０における反力設定値Ｐ（電流指令値Ｉ）の変化を示す他の図である。一実施形態に係る反力出力装置１０の他の動作を示すタイミングチャートであり、ペダルアーム４の速度が０．１ｒｐｍであるときの三相電流（ａ）、ペダルアーム４のストローク（（ｂ）のＡ）、ペダル荷重（（ｂ）のＢ）、および平均値電流（（ｂ）のＣ）を示す。一実施形態に係る反力出力装置１０の他の動作を示すタイミングチャートであり、ペダルアーム４の速度が０．５ｒｐｍであるときの三相電流（ａ）、ペダルアーム４のストローク（（ｂ）のＡ）、ペダル荷重（（ｂ）のＢ）、および平均値電流（（ｂ）のＣ）を示す。一実施形態に係る反力出力装置１０の他の動作を示すタイミングチャートであり、ペダルアーム４の速度が１．０ｒｐｍであるときの三相電流（ａ）、ペダルアーム４のストローク（（ｂ）のＡ）、ペダル荷重（（ｂ）のＢ）、および平均値電流（（ｂ）のＣ）を示す。一実施形態に係る反力出力装置１０において、モータ２０の無通電状態におけるペダルアーム４のストロークとペダル荷重との関係を、ペダル操作速度ごとに示す図である。一実施形態に係る反力出力装置１０のペダルアーム４を固定しているときにおける、反力設定値Ｐ（電流指令値Ｉ）をＡからＢに変化させたときの三相電流（ａ）、試験用モータの平均値（（ｂ）のＡ）、ＡＴＲトルク（（ｂ）のＢ）、および平均値電流（（ｂ）のＣ）を示すタイミングチャートである。一実施形態に係る反力出力装置１０のペダルアーム４を固定しているときにおいて、反力設定値Ｐ（電流指令値Ｉ）をＡからＢ＃（＞Ｂ）に変化させたときの三相電流（ａ）、試験用モータの平均値（（ｂ）のＡ）、ＡＴＲトルク（（ｂ）のＢ）、および平均値電流（（ｂ）のＣ）を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態として示す反力出力装置を、図面を参照して説明する。一実施形態における反力出力装置は、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等の操作子に対し、踏み込む力（踏力）とは逆向きの力（反力）を出力する装置である。反力出力装置を使用することにより、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ことができる。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の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。また、本実施形態における反力の出力対象である操作子は、アクセルペダルに限定されず、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であってもよい。

図１は、一実施形態に係る反力出力装置１０を備える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、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、一実施形態に係る反力出力装置１０の内部構造の一例を示す図である。図２では、ハウジング部材１４の上面のカバーを取り去り、ハウジング部材１４（反力出力装置１０）の内部状態を示している。本実施形態における反力出力装置１０は、反力を作り出すための駆動源であるモータ２０と、ハウジング部材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、回路基板５０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モータ２０側から出力するトルクＴを増大させ、モータの回転軸２２方向から反力出力軸１６方向へと偏向して増大させたトルクＴを出力レバー１２に伝達する。反力出力軸方向の一端部は、ハウジング部材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とは図示しない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やスリット等が設けられ、小孔やスリット等にはホールＩＣ（Integrated Circuit）が嵌込設置されている。ホールＩＣは、小孔やスリット等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パルス状の電圧を出力する。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。このため、反力出力装置１０は、ホールＩＣの出力電圧に基づいて回転子の回転量（例えば回転数ｎ［ｒｐｍ］）を検出することができる。

図３は、一実施形態に係る反力出力装置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、ホールＩＣ６４と、電流検出センサ６６とを備える。なお、以下において、ホールＩＣ６４Ｕ、６４Ｖ、６４Ｗを特に区別しない場合、総称してホールＩＣ６４と記載する。

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Ｐを、上位ＥＣＵ７０から受信する。反力設定値Ｐとは、「入力値」の一例である。反力設定値Ｐは、例えば、反力出力装置１０が搭載される車両の車速に応じて大きくなるように決定されてもよいし、燃費を向上させるために急なアクセル操作を抑制するために決定されてもよい。また、反力設定値Ｐは、反力出力装置１０が搭載される車両と先行車両との車間距離が短くなる程大きくなるように決定されてもよい。車間距離は、例えば、車両のフロント部に設置されたミリ波レーダや音波センサ、フロントガラス上部等に設置されたステレオカメラ装置等によって取得される。本発明の適用上、反力設定値Ｐの決定手法について特段の制限は存在しない。

マイコン５６は、反力設定値Ｐに基づいて、モータドライバＩＣ５８に与える制御量として電流指令値Ｉを決定する。この際、マイコン５６は、例えば、電流指令値Ｉと反力設定値Ｐとの関係を示した関係式に基づき、電流指令値Ｉを決定する。モータドライバＩＣ５８は、電流指令値Ｉに基づいてＰＷＭ制御時のパルス幅やデューティ比等を決定し、パワーＦＥＴ６０へ通電させる電流を制御し、モータ２０を回転させる。

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。

マイコン５６には、モータ２０へ通電される電流を検出するための電流検出センサ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、電流検出センサ６６により検出された電流を示す信号を受信する。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の回転数ｎを示す信号をマイコン５６に出力する。これによって、マイコン５６は、モータ２０の回転数ｎを検出する。マイコン５６は、検出したモータ２０の回転数ｎに基づき、モータドライバＩＣ５８に与える電流指令値Ｉを決定する。

なお、上位ＥＣＵ７０およびマイコン５６の一部または全部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが、メモリに記憶されたプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部である。また、これらの機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェア機能部であってもよい。

次に、上述したように構成された反力出力装置１０において、操作子としてのペダルアーム４を介してより高い反力を感じさせる制御について説明する。なお、以下の説明において、上位ＥＣＵ７０により反力設定値Ｐを変化させてより高い反力を感じさせる制御を実施してもよく、マイコン５６により反力設定値Ｐに対する電流指令値Ｉを変化させてより高い反力を感じさせる制御を実施してもよい。以下の説明は、反力設定値Ｐに対応させて電流指令値Ｉを変化させてより高い反力を感じさせる制御を説明する。

図４は、反力出力装置１０における反力設定値Ｐの変化を示す図である。反力出力装置１０は、上位ＥＣＵ７０から供給された反力設定値Ｐが増加された場合に、反力設定値Ｐに対応させて電流指令値Ｉを次第に増加させ、電流指令値Ｉを一定値（Ａ）に維持した後、電流指令値ＩをＡからＣまでステップ状に高くする。以下、この制御量の変化に従ってモータ２０を制御したときの反力出力装置１０の動作について説明する。反力出力装置１０は、予め図４に示すような反力設定値Ｐに対応した電流指令値Ｉの変化パターンを記憶しておき、マイコン５６により反力設定値Ｐの変化パターンを判定し、変化パターンに基づいて電流指令値Ｉを決定して、モータ２０を駆動させる。

ここで、ペダルアーム４に与える反力（Ｅ_Ｆ）は、以下の式により示される。
Ｅ_Ｆ＝（１／２）Ｉω^２＋Ｆ_Ｒ−（１／２）ｍｖ^２
上記式において、はペダルアーム４に与える反力、Ｉは電流指令値、ωはモータ２０の回転角速度である。（１／２）Ｉω^２は、モータ２０から反力を発生させるためのモータ２０のトルクである。Ｆ_Ｒは逆転効率による負荷エネルギーである。（１／２）ｍｖ^２は、運転者からペダルアーム４に与えられる操作力（Ｅ_Ｐ）であり、ｍは運転者からペダルアーム４に与えられる質量、ｖは運転者からペダルアーム４に与えられるペダルアーム４の操作速度である。
マイコン５６は、電流指令値Ｉを制御することにより、反力を制御して、ペダルアーム４の反力を運転者に通知する。

図５は、ペダルアーム４を備えた反力出力装置１０の動作を示すタイミングチャートであり、ペダルアーム４の速度が０．１ｒｐｍであるときの三相電流（図５（ａ））、ペダルアーム４のストローク（図５（ｂ）のＡ）、ペダル荷重（図５（ｂ）のＢ）、および平均値電流（図５（ｂ）のＣ）を示す。図６は、上述した反力出力装置１０からペダルアーム４を除外した構成の動作を示すタイミングチャートであり、ペダルアーム４の速度が０．１ｒｐｍであるときの三相電流（図６（ａ））、試験用モータの平均値（図６（ｂ）のＡ）、ＡＴＲトルク（図６（ｂ）のＢ）、および平均値電流（図６（ｂ）のＣ）を示す。
なお、ＡＴＲトルクは、出力レバー１２のトルクをトルク測定機により測定された値である。

ペダル操作速度：０．１ｒｐｍでペダルアーム４の操作量が上昇しているときに（図５（ｂ）のＡ）、反力出力装置１０は、反力設定値ＰをＣからＡに次第に増加させ、その後に反力設定値Ｐを一定値のＡに維持している。これにより、図５中のｔ１の以前では、ペダル荷重（図５（ｂ）のＢ）、および平均値電流（図５（ｂ）のＣ）は一定値である。
ｔ１が到来すると、反力出力装置１０は、反力設定値ＰをＡからＢに変化させると（図４）、三相交流電流（図５（ａ））がモータ２０に供給され、これにより、モータ２０には、平均値電流（図５（ｂ）のＣ）が供給される。この結果、ペダルアーム４のペダル荷重を、時刻ｔ１からｔ２の期間（９８８ｍｓ）に亘って上昇させることができる（図５（ｂ）のＢ）。
ｔ２以降においては、反力出力装置１０は、反力設定値ＰをＢの一定値で維持しているために、ペダル荷重（図５（ｂ）のＢ）および平均値電流（図５（ｂ）のＣ）は略一定値である。その後、反力出力装置１０は、反力設定値ＰをＢからＡにステップ状に低下させる（図４）と、ペダル荷重（図５（ｂ）のＢ）および平均値電流（図５（ｂ）のＣ）は急峻に低下する。
一方、図６によれば、反力設定値ＰをＡからＢにステップ状に増加させると（図４）、時刻ｔ１からｔ２の期間（７８４ｍｓ）に亘ってペダル荷重を上昇させることができる（図６（ｂ）のＢ）。
図５および図６によれば、反力出力装置１０にペダルアーム４を接続させていないときのＡＴＲトルクの立ち上がり時間（７８４ｍｓ）が、ペダル荷重の立ち上がり時間（９８８ｍｓ）よりも短い。
なお、以下の説明においても、ｔ１以前の動作およびｔ２以降の動作は同様である。

図７は、ペダルアーム４を備えた反力出力装置１０の動作を示すタイミングチャートであり、ペダルアーム４の速度が０．５ｒｐｍであるときの三相電流（図７（ａ））、ペダルアーム４のストローク（図７（ｂ）のＡ）、ペダル荷重（図７（ｂ）のＢ）、および平均値電流（図７（ｂ）のＣ）を示す。図８は、上述した反力出力装置１０からペダルアーム４を除外した構成の動作を示すタイミングチャートであり、ペダルアーム４の速度が０．５ｒｐｍであるときの三相電流（図８（ａ））、試験用モータの平均値（図８（ｂ）のＡ）、ＡＴＲトルク（図８（ｂ）のＢ）、および平均値電流（図８（ｂ）のＣ）を示す。

ペダル操作速度：０．５ｒｐｍでペダルアーム４の操作量が上昇しているときに（図７（ｂ）のＡ）、反力設定値ＰをＡからＢにステップ状に増加させると（図４）、ペダルアーム４のペダル荷重を時刻ｔ１からｔ２の期間（１９３ｍｓ）に亘って上昇させることができる（図７（ｂ）のＢ）。
一方、図８によれば、反力設定値ＰをＡからＢにステップ状に増加させると（図４）、時刻ｔ１からｔ２の期間（１８３ｍｓ）に亘ってペダル荷重を上昇させることができる（図８（ｂ）のＢ）。
図７および図８によれば、反力出力装置１０にペダルアーム４を接続させていないときのＡＴＲトルクの立ち上がり時間（１８３ｍｓ）が、ペダル荷重の立ち上がり時間（１９３ｍｓ）よりも短い。

図９は、ペダルアーム４を備えた反力出力装置１０の動作を示すタイミングチャートであり、ペダルアーム４の速度が１．０ｒｐｍであるときの三相電流（図９（ａ））、ペダルアーム４のストローク（図９（ｂ）のＡ）、ペダル荷重（図９（ｂ）のＢ）、および平均値電流（図９（ｂ）のＣ）を示す。図１０は、上述した反力出力装置１０からペダルアーム４を除外した構成の動作を示すタイミングチャートであり、ペダルアーム４の速度が１．０ｒｐｍであるときの三相電流（図１０（ａ））、試験用モータの平均値（図１０（ｂ）のＡ）、ＡＴＲトルク（図１０（ｂ）のＢ）、および平均値電流（図１０（ｂ）のＣ）を示す。

ペダル操作速度：１．０ｒｐｍでペダルアーム４の操作量が上昇しているときに（図９（ｂ）のＡ）、反力設定値ＰをＡからＢにステップ状に変化させると（図４）、ペダルアーム４のペダル荷重を時刻ｔ１からｔ２の期間（１２７ｍｓ）に亘って上昇させることができる（図９（ｂ）のＢ）。
一方、図１０によれば、反力設定値ＰをＡからＢにステップ状に変化させると（図４）、時刻ｔ１からｔ２の期間（１１３ｍｓ）に亘ってペダル荷重を上昇させることができる（図１０（ｂ）のＢ）。
図９および図１０によれば、ペダルアーム４を備えない反力出力装置１０のＡＴＲトルクの立ち上がり時間（１１３ｍｓ）が、ペダル荷重の立ち上がり時間（１２７ｍｓ）よりも短い。

以上のように、反力出力装置１０によれば、反力設定値ＰをＣからＡに次第に増加させた後に、ｔ１〜ｔ２に亘り反力設定値ＰをＡからＢにステップ状に増加させることにより、ｔ１〜ｔ２においてペダル荷重を増加させることができる。これにより、反力出力装置１０は、ペダル荷重の増加によって、より高い反力を運転者に感じさせることができる。

ペダルアーム４を備える反力出力装置１０のペダル荷重の立ち上がり期間は、ペダルアーム４を備えない反力出力装置１０のＡＴＲトルクよりも長くなる。この結果より、ペダルアーム４の剛性が、ペダル荷重の立ち上がりを鈍くする要因の一つであることがわかる。すなわち、ペダルアーム４を備える反力出力装置１０は、ステップ状に反力設定値Ｐを変化させても、実際のペダル荷重の傾きは、ペダルアーム４を備えない反力出力装置のＡＴＲトルクの傾きよりも緩やかである。
このことから、反力出力装置１０によれば、ペダルアーム４が接続されていることに寄るペダル荷重の立ち上がり鈍化を考慮して、反力設定値Ｐをステップ状に変化させることにより、より高い反力を運転者に感じさせることができる。

図１１は、反力出力装置１０における反力設定値Ｐの変化を示す他の図である。図１１によれば、反力出力装置１０は、反力設定値Ｐを、ＡからＢ＃までステップ状に上昇させる。Ｂ＃は、図４に示したＢよりも高く、実施形態において、例えばＡの２倍の大きさである。

図１２は、ペダルアーム４を備えた反力出力装置１０の動作を示すタイミングチャートであり、ペダルアーム４の速度が０．１ｒｐｍであるときの三相電流（図１２（ａ））、ペダルアーム４のストローク（図１２（ｂ）のＡ）、ペダル荷重（図１２（ｂ）のＢ）、および平均値電流（図１２（ｂ）のＣ）を示す。図１３は、ペダルアーム４を備えた反力出力装置１０の動作を示すタイミングチャートであり、ペダルアーム４の速度が０．５ｒｐｍであるときの三相電流（図１３（ａ））、ペダルアーム４のストローク（図１３（ｂ）のＡ）、ペダル荷重（図１３（ｂ）のＢ）、および平均値電流（図１３（ｂ）のＣ）を示す。図１４は、ペダルアーム４を備えた反力出力装置１０の動作を示すタイミングチャートであり、ペダルアーム４の速度が１．０ｒｐｍであるときの三相電流（図１４（ａ））、ペダルアーム４のストローク（図１４（ｂ）のＡ）、ペダル荷重（図１４（ｂ）のＢ）、および平均値電流（図１４（ｂ）のＣ）を示す。

ペダル操作速度：０．１ｒｐｍでペダルアーム４の操作量が上昇しているときに（図１２（ｂ）のＡ）、反力設定値ＰをＡからＢ＃にステップ状に増加させると（図１１）、ペダルアーム４のペダル荷重を時刻ｔ１からｔ２の期間（１２４０ｍｓ）に亘って上昇させることができる（図１２（ｂ）のＢ）。
ペダル操作速度：０．５ｒｐｍでペダルアーム４の操作量が上昇しているときに（図１３（ｂ）のＡ）、反力設定値ＰをＡからＢ＃にステップ状に増加させると（図１１）、ペダルアーム４のペダル荷重を、時刻ｔ１からｔ２の期間（３５６ｍｓ）に亘って上昇させることができる（図１３（ｂ）のＢ）。
ペダル操作速度：１．０ｒｐｍでペダルアーム４の操作量が上昇しているときに（図１４（ｂ）のＡ）、反力設定値ＰをＡからＢ＃にステップ状に増加させると（図１１）、ペダルアーム４のペダル荷重を時刻ｔ１からｔ２の期間（２９０ｍｓ）に亘って上昇させることができる（図１４（ｂ）のＢ）。
図１２乃至図１４によれば、ペダル操作速度が高くなるほどペダル荷重の立ち上がり期間が短くなる。したがって、反力出力装置１０によれば、ペダル操作速度が高いほどペダルアーム４を介してより高い反力を感じさせることができる。また、ペダル操作速度が高くなるほどペダル荷重の立ち上がり幅が大きくなる。

図１５は、モータ２０の無通電状態におけるペダルアーム４のストロークとペダル荷重との関係を示す図である。図１５において、ペダル荷重は、ペダル操作速度が０．１ｒｐｍ、０．５ｒｐｍ、１．０ｒｐｍごとに示されている。
図１５によれば、ペダル操作速度によるモータ２０の無通電状態におけるペダル荷重には大差がないことがわかる。したがって、反力出力装置１０は、ペダル荷重に対する機械的なイナーシャの影響が少ないことがわかる。この結果、反力出力装置１０は、反力出力装置１０におけるイナーシャの有無にかかわらず、ペダル荷重を立ち上げてより高い反力を感じさせることができる。

上述した実施形態の反力出力装置１０において、ペダルアーム４が固定されているときにおいて高い反力を感じさせる制御について説明する。
図１６は、ペダルアーム４を固定しているときにおいて、図４に示すように反力設定値ＰをＡからＢにステップ状に増加させたときの三相電流（図１６（ａ））、試験用モータの平均値（図１６（ｂ）のＡ）、ＡＴＲトルク（図１６（ｂ）のＢ）、および平均値電流（図１６（ｂ）のＣ）を示すタイミングチャートである。
図１７は、ペダルアーム４を固定しているときにおいて、図１１に示すように反力設定値ＰをＡからＢ＃（＞Ｂ）にステップ状に増加させたときの三相電流（図１７（ａ））、試験用モータの平均値（図１７（ｂ）のＡ）、ＡＴＲトルク（図１７（ｂ）のＢ）、および平均値電流（図１７（ｂ）のＣ）を示すタイミングチャートである。

図１６および図１７によれば、ペダルアーム４が操作されていない状態であっても、図４または図１１のように反力設定値Ｐを変化させることにより、３０ｍｓ前後の立ち上がり期間においてＡＴＲトルクを立ち上げることができる。これにより、反力出力装置１０によれば、ユーザがペダルアーム４に触れている状態であってペダルアーム４を一定位置に固定させているときにも、より高い反力を感じさせることができる。

以上説明した本発明を適用した実施形態に係る反力出力装置１０によれば、反力設定値Ｐを次第に増加させて一定値に維持した後、反力設定値Ｐをステップ状に高くするので、操作子を介してより高い反力を感じさせることができる。すなわち、反力出力装置１０によれば、外部から供給された反力設定値Ｐに対応させて電流指令値Ｉを次第に増加させて一定値に維持した後、反力設定値Ｐに対応させて電流指令値Ｉをステップ状に高くするので、ペダルアーム４を介してより高い反力を感じさせることができる。
例えば、車両の発進時や走行時において必要以上にペダルアーム４が踏み込まれることがある。この場合、運転者の操作によって急峻に反力設定値Ｐが増加されているので、単にステップ状に反力設定値Ｐに対応した電流指令値Ｉを増加させても運転者に反力を感じさせにくい。これに対し、反力出力装置１０によれば、操作に基づいて反力設定値Ｐに従って次第に電流指令値Ｉをさせると共に、一旦一定値に電流指令値Ｉを維持した後、電流指令値Ｉをステップ状に高くして、より高い反力を感じさせることできる。

さらに、この反力出力装置１０は、単位時間当たりの反力設定値Ｐの増加量が所定値を超えた場合に、反力設定値Ｐに対応させて電流指令値Ｉを次第に増加させて一定値に維持した後、反力設定値Ｐに対応させて電流指令値Ｉをステップ状に高くするので、必要以上にペダルアーム４が踏み込まれた場合に、電流指令値Ｉを次第に増加させて一定値に維持した後、電流指令値Ｉをステップ状に高くする制御を実施して、より高い反力を感じさせることができる。
ここで、反力設定値Ｐの増加量が所定値は、予め設定されたペダルアーム４が急に踏み込まれた値を実験結果等に基づいて設定されていればよい。また、反力出力装置１０は、反力設定値Ｐの増加量の所定値に代えて、反力設定値Ｐに対応した電流指令値Ｉに所定値を設定し、反力設定値Ｐに対応した電流指令値Ｉが所定値を超えた場合に、次第に電流指令値Ｉを増加させて一定値に維持した後、電流指令値Ｉをステップ状に高く制御してもよい。

さらに、反力出力装置１０によれば、ペダルアーム４のペダル操作速度が高いほど、反力設定値Ｐまたは電流指令値Ｉをステップ状に高くする期間を短くし、反力設定値Ｐまたは電流指令値Ｉの傾きを大きくするので、短い期間においてペダル荷重を増加させることができ、より高い反力を運転者に感じさせることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１‥アクセルペダル装置、２…ペダル本体ユニット、４…ペダルアーム、６…ペダル本体部、１０…反力出力装置、１２…出力レバー、２０…モータ、３０…ギア減速機構、５０…回路基板、５６…マイコン、７０…上位ＥＣＵ、７２…エンジン

Claims

モータの駆動力をギア機構を介して駆動部材に伝達し、前記駆動部材を駆動することで、運転者により操作される操作子に対し、前記操作子の操作方向とは逆方向の力を出力する駆動部と、
外部から供給された入力値に基づいて前記駆動部に与える制御量を決定する制御部であって、前記入力値に従って前記制御量を増加させる場合に、前記制御量を次第に増加させて一定値に維持した後、前記制御量をステップ状に高くする制御部と
を備える反力出力装置。
前記制御部は、単位時間当たり入力値の増加量が所定値を超えた場合に、前記制御量を次第に増加させて一定値に維持した後、前記制御量をステップ状に高くする、
請求項１に記載の反力出力装置。
前記制御部は、前記操作子の操作速度が高いほど、前記制御量を前記ステップ状に高くする期間を短くし、前記制御量の傾きを大きくする
請求項１に記載の反力出力装置。