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WO2005056357A1 - 操作入力装置 - Google Patents

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WO2005056357A1
WO2005056357A1 PCT/JP2003/015791 JP0315791W WO2005056357A1 WO 2005056357 A1 WO2005056357 A1 WO 2005056357A1 JP 0315791 W JP0315791 W JP 0315791W WO 2005056357 A1 WO2005056357 A1 WO 2005056357A1
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WO
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reaction force
unit
operation input
active reaction
force
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2003/015791
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English (en)
French (fr)
Inventor
Kentaro Ueno
Atsushi Yokoyama
Yuichi Kuramochi
Toshio Manaka
Mitsuhide Sasaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Priority to AU2003289303A priority patent/AU2003289303A1/en
Priority to PCT/JP2003/015791 priority patent/WO2005056357A1/ja
Priority to JP2005511671A priority patent/JPWO2005056357A1/ja
Priority to US10/582,363 priority patent/US20070112473A1/en
Publication of WO2005056357A1 publication Critical patent/WO2005056357A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B62D5/0484—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures for reaction to failures, e.g. limp home
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G1/00—Controlling members, e.g. knobs or handles; Assemblies or arrangements thereof; Indicating position of controlling members
    • G05G1/30—Controlling members actuated by foot
    • G05G1/38—Controlling members actuated by foot comprising means to continuously detect pedal position
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G5/00—Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member
    • G05G5/03—Means for enhancing the operator's awareness of arrival of the controlling member at a command or datum position; Providing feel, e.g. means for creating a counterforce

Definitions

  • the present invention relates to an operation input device for operating a vehicle.
  • Operational input devices for operating the vehicle for example, brake pedals and accelerator pedals
  • vehicle systems that have mechanisms and means (for example, brakes and throttle valves) that determine the behavior of the vehicle.
  • a technology has been developed to independently control the operation of the operation input device and the operation of the vehicle independently.
  • the operation of the vehicle is performed by applying an operation force to the operation input device.
  • a mechanism for directly transmitting the operation force between the operation input device and a mechanism or means for determining the behavior of the vehicle. Does not exist. For this reason, it is necessary for the operation input device to have a mechanism for returning a reaction force to the operation force and to give the driver an appropriate operation feeling.
  • the mechanism that returns the force to the operating force includes a passive reaction force unit (for example, one that uses a panel element or a damper element) that achieves a preset characteristic by a mechanical configuration, and an electric actuator.
  • a passive reaction force unit for example, one that uses a panel element or a damper element
  • an electric actuator for example, one that uses a panel element or a damper element
  • There is an active reaction force section that achieves characteristics by electrically controlling it.By using both the passive reaction section and the active reaction section, the reaction force of the pedal is within the practical range with a small capacity actuator. And can be made variable.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-323930 describes an example in which an operation input device combining a passive reaction force and an active reaction force is realized by a brake pedal.
  • the present invention enables operation input to a vehicle even when the active reaction force unit does not operate, and enables driving of the vehicle.
  • an operation input unit that receives an operation force; an active reaction force unit that generates a reaction force by electrical control in the operation input unit with respect to the applied operation force;
  • An active reaction force separating unit that opens a force transmission path between the power input unit and the operation input unit;
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the example.
  • FIG. 3 is a block diagram showing functions of the arithmetic unit.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of an operation input unit.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a scanning input unit.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of an operation input unit.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of an operation input unit.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of the operation input unit.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of the operation input unit.
  • FIG. 10 is a graph showing a reaction force of the operation input device.
  • FIG. 11 is a graph showing the reaction force of the operation input device.
  • FIG. 12 is a schematic view showing an example of a passive reaction force portion.
  • FIG. 13 is a schematic diagram illustrating an example of a passive reaction force portion.
  • FIG. 14 is a schematic diagram illustrating an example of a passive reaction force portion.
  • FIG. 15 is a schematic diagram showing an example of an active counterpart.
  • FIG. 16 is a schematic diagram showing an example of an active counterpart.
  • FIG. 17 is a schematic diagram showing an example of an active counterpart.
  • FIG. 18 is a schematic diagram showing an example of the active reaction force portion.
  • FIG. 19 is a graph for obtaining the power coefficient.
  • FIG. 20 is a graph for obtaining an attenuation coefficient.
  • FIG. 21 is a graph for obtaining a reaction force of the operation input device.
  • FIG. 22 is a graph for obtaining a reaction force of the operation input device.
  • FIG. 23 is a schematic diagram showing an example of a means for measuring an operation force.
  • FIG. 24 is a schematic diagram showing an example of a means for measuring an operation force.
  • FIG. 25 is a schematic diagram showing an example of a means for measuring the operation width.
  • FIG. 26 is a schematic diagram showing an example of an active / anti-power separating unit.
  • FIG. 27 is a schematic diagram showing an example of an active / anti-power separating unit.
  • FIG. 29 is a schematic view showing one example.
  • FIG. 29 is a schematic view showing one example of an active power separating section.
  • FIG. 30 is a graph used in the active reaction force portion normality determination portion.
  • FIG. 31 is a graph used in the active reaction force portion normality determination portion.
  • FIG. 32 is a graph for obtaining the operation width.
  • FIG. 33 is a graph for obtaining the operation speed.
  • FIG. 34 is a schematic diagram showing an example of a means for obtaining operation information by a switch.
  • FIG. 1 shows an example of a vehicle operation input device to which the present invention is applied.
  • 1 is an operation input unit for inputting a driving operation
  • 2 is a passive reaction force unit that realizes a preset characteristic by a mechanical configuration
  • 3 is an active reaction force capable of controlling the generated reaction force
  • 5 is an active reaction force control device that controls the active reaction force unit
  • 4 is an active reaction force separation unit that interrupts the transmission of reaction force between the active reaction force unit 3 and the operation input unit 1.
  • a passive reaction force section 2 is connected to the operation input section 1 and generates a predetermined reaction force with respect to the operation force applied to the operation input section 1.
  • the active reaction force unit 3 is connected to the operation input unit 1 via the active reaction force separation unit 4 and generates a reaction force controlled by the active reaction force control unit 5 to the operation input unit 1. be able to.
  • the operation information input to the operation input unit 1 is detected by the operation information detection unit 6 and transmitted to the active reaction force control unit 5, an active reaction force normality determination unit 7 described later, or the vehicle system 11.
  • the operation information detection unit 6 includes a sensor 9 for detecting the state of the operation input unit 1 and a sensor processing unit 10 for processing the sensor signal.
  • the active reaction force normality judging unit 7 operates the active reaction force separation unit 4 or the alarm unit 12 based on the operation information of the operation input unit 1 detected by the operation information detection unit 6.
  • the sensor processing unit 10, the active reaction force unit normality determination unit 7, and the active reaction force control unit 5 are realized by the arithmetic unit 8.
  • the vehicle system 11 determines the behavior of the vehicle based on the operation information of the operation input unit 1 detected by the operation information detection unit 6.
  • FIG. Fig. 2 shows an example in the case of a brake pedal.
  • FIG. 2 the pedal 20, the passive reaction force part 21, the electric reaction device 24, the active reaction force separation part 23, the arithmetic unit 25, the sensor 22, and the electric caliper 26 are respectively shown in FIG.
  • the operation input unit 1 the passive reaction unit 2, the active reaction unit 3, the active reaction separation unit 4, the arithmetic unit 8, the sensor 9, and the vehicle system 11.
  • the operation input section is operated.
  • the stepping width, stepping speed or stepping force of the pedal 20 is detected by the sensor 22.
  • the electric actuator 24 is connected to the active reaction force separating unit 23 and applies a reaction force to the pedal 20 by being electrically controlled. Therefore, the reaction force applied to the pedal 20 is the sum of the reaction forces generated by the passive reaction force section 21 and the electric actuator 24.
  • a sufficient reaction force can be realized as a brake pedal.
  • the arithmetic unit 25 detects the operation from the signal of the sensor 22, controls the electric actuator 24, and simultaneously transmits the operation information to the electric caliper 26.
  • the electric caliber 26 corresponds to the vehicle system 11 and can change the behavior of the vehicle by generating the braking force of the vehicle.
  • the active reaction force control unit 46, the active reaction force unit normal determination unit 44, and the sensor processing unit 45 correspond to 5, 7, and 10 in FIG. 1, respectively. Hit.
  • the sensor processing unit 45 receives information from the sensor 9 that detects the operation information input to the operation input unit 1, and based on this information, the active reaction control unit 46 Control the reaction force characteristics.
  • the sensor 9 can be selected from various sensors as shown in FIGS. 30 to 37 in FIG. 3 according to a physical quantity used for detecting an operation.
  • the load sensor 30 or the strain gauge 31 may be used as the sensor 9 to detect the operation force applied to the operation input unit.
  • the stroke sensor 32, the potentiometer 33, or the rotary encoder 3 may be used. 4 may be used as the sensor 9 to detect the operation width of the operation input unit.
  • the operation speed may be detected using the tachometer 35 as a sensor, or the operation acceleration may be detected using the acceleration sensor 36 as the sensor 9.
  • the sensor 9 may be used as a switch 37 for detecting that the operation input unit 1 has been operated to detect the operation.
  • the active reaction force unit 3 that generates the active reaction force may be an electric motor 38, a hydraulic pump 39, a solenoid 39, or the like, and the active reaction force control unit 46 controls these components. Controls the reaction force generated in operation input unit 1.
  • the active reaction force normality determination unit 44 will be described later. However, based on information from the sensor processing unit 45, the alarm device 41 is activated, and the electric motor 42 or the electric motor 42 for operating the active reaction force separation unit is activated. Drive solenoid 43.
  • the operation input unit 1 drives the vehicle like a pedal, lever, or steering, for example.
  • This is a device for inputting an operation to change the operation width and operation speed within a certain range according to the operation force given by the foot or hand, and to the operation force given by the foot or hand. It is a device that performs rotation or linear motion constrained within a certain range.
  • the operation force applied to the operation input unit 1 or the operation width and operation speed of the operation input unit 1 are transmitted as operation information to the vehicle system 11 to determine the behavior of the vehicle.
  • the operation input unit 1 when applied to a vehicle brake, a configuration may be considered in which the operation input unit 1 is a brake pedal, and an electric caliper or a hydraulic pump serving as a vehicle brake system operates according to the operation information to decelerate the vehicle.
  • the operation input unit 1 When applied to the accelerator of a vehicle, the operation input unit 1 may be an accelerator pedal, and the electronic control throttle may be opened and closed according to the operation information to accelerate the vehicle.
  • the operation input unit 1 when applied to vehicle steering, the operation input unit 1 may be a steering, and the electric steering device may be operated according to the operation information to steer the vehicle.
  • the operation input unit 1 those shown in FIGS. 4 to 9 can be considered. '
  • FIG. 4 shows an example in which the operation input unit 1 is a pedal.
  • the pedal 50a rotates around the rotary shaft 51.
  • FIG. 5 shows another example in which the operation input unit 1 is a pedal, in which the rotary shaft 53 is disposed below the tip 52 of the pedal 52a. 4 and 5 can be selected according to the design convenience of the vehicle to which the operation input device is attached.
  • the operation input unit 1 may be configured to be constrained in a linear motion direction with respect to the distal end portion 54 and to perform a linear motion by a force applied to the distal end portion 54.
  • the operation input section 1 is made into a lever shape as shown in Fig.
  • the action point 55 is manually operated.
  • the operation input unit 1 can be a steering wheel. The mechanism for generating a reaction force on the operation input unit as described above will be described later in detail.
  • the passive reaction force unit 2 generates a reaction force according to the state of the operation input unit 1 due to the characteristics of the substance or the mechanical structure.
  • the generated reaction force characteristics are predetermined by the characteristics of the material constituting the passive reaction force portion or the mechanical structure, and cannot be changed by an electric signal or electric control means.
  • the reaction force due to the characteristics of the substance or the mechanical structure includes elastic characteristics that generate a reaction force according to the operation width and damping characteristics that generate a reaction force according to the operation speed. Includes one or the other property. It is also possible to have reaction force characteristics combining them.
  • Specific examples of the reaction force characteristic of the passive reaction force portion include, for example, a characteristic that changes according to the operation width as shown in FIG. 10 and a characteristic that changes according to the operation speed as shown in FIG. Can be considered.
  • FIGS. 12 to 14 show specific embodiments of the passive reaction force portion 2.
  • FIG. FIGS. 12 to 14 illustrate an example in which the operation input unit 1 is a pedal as shown in FIG. 4, but the operation as shown in FIGS. 5 to 9 is performed. The same applies to the case of an input device.
  • Fig. 12 shows an example in which a panel 70 having elasticity and a damper 71 having damping characteristics are mounted so as to be sandwiched between a pedal 72 and a reference plane 73. This is an example in which 70 is contracted.
  • FIG. 13 shows an example in which the panel 74 is extended so as to be displaced by a displacement caused by an operation input.
  • FIG. 14 shows an example in which a return spring 76 is attached to the rotating shaft 75 of the operation input device to form a passive reaction force portion.
  • the active reaction force section generates a reaction force by controlling the electric actuator overnight by an electric control means.
  • the electric actuator may use, for example, an electric motor or a solenoid, or may use a configuration for controlling an electric hydraulic pump.
  • the active reaction force section may include an amplification mechanism or a deceleration mechanism for amplifying the force generated in the actuator.
  • the active reaction force unit 3 can change the reaction force regardless of the operation amount with respect to the operation input unit 1, and can generate a certain amount of reaction force at the same displacement and the same operation speed. . Therefore, an active reaction force part is added to the passive reaction force part 2, and the force is added to the reaction force of the passive reaction force part to increase the force, or the force is generated by generating a force opposite to the reaction force of the passive reaction force part.
  • the reaction force applied to the input unit can be reduced.
  • the characteristics of the reaction force generated by the passive reaction force part are determined by the material constituting the passive reaction force part and the mechanical structure.
  • the active reaction force part drives the actuator by electricity to react. Because the force is generated, the reaction force can be freely changed by control. However, if a larger reaction force is to be exerted by the active reaction force unit, the size of the actuator must be increased, and power consumption will increase. Therefore, if the configuration of the required reaction force characteristics is realized in the passive reaction force part and the reaction force characteristics of the pedal are changed by the active reaction force part, the output of the actuator is reduced and the practical range is reduced. The reaction force whose characteristics have been changed can be generated in the operation input unit.
  • the operation input section 1 is used as a pedal, and the rotary actuator 80 is attached to the rotary shaft 81 of the pedal as shown in FIG.
  • an electric motor may be used for the rotary actuator.
  • a method of attaching a direct acting actuator 82 to the pedal 83 as shown in Fig. 16 to apply a reaction force to the pedal 83 may be considered.
  • a solenoid ⁇ direct drive type electric motor may be used for the direct drive unit, or the output of the rotary drive unit 85 may be converted by the rotary / linear converter unit 84 as shown in FIG.
  • a configuration may be adopted in which the pedal is driven by converting the direction to the linear motion.
  • the rotation / linear motion converting means for example, a worm gear may be used, or a ball screw may be used.
  • a method is used in which the piston 87 is driven by hydraulic pressure generated by the hydraulic pump 88 to apply a reaction force to the pedal 89. Is also good.
  • an active reaction force control unit 5 calculates a reaction force to be generated using information (for example, operation width, operation speed, operation acceleration, etc.) obtained from an operation information detection unit 6 and To generate a reaction force on the operation input unit 1.
  • information for example, operation width, operation speed, operation acceleration, etc.
  • M is a value of about 0.2 kg.
  • Fig. 19 shows the operation width.
  • FIG. 20 is a graph of a reduction coefficient with respect to an operation width.
  • the reaction force may be calculated directly from the detected operation width using a graph of the reaction force with respect to the operation width as shown in FIG. 21, or the reaction force obtained in the graph of FIG. The reaction force obtained from the graph of FIG. 22 using the operation speed may be summed.
  • the operation information detection unit 6 detects, for example, the operation force applied to the operation input unit 1, or the operation width, operation speed, or operation acceleration. Also, it detects that the operation input unit 1 has been operated by the switch.
  • FIGS. 23 to 25 show specific examples of implementation of the operation information detection unit.
  • a load sensor or a strain gauge can be considered as a sensor for detecting the operating force.
  • the load sensor 90 may be attached to the tip end portion 91 of the pedal as shown in FIG. 23, or may be attached between the pedal 93 and the reference surface 94 as in the case of the load sensor 92.
  • a load sensor 95 may be attached between the pedal 96 and the pedal 97. Further, a strain gauge may be attached to a pedal structure, and an operation force may be detected by measuring a resistance change due to a minute displacement of the strain gauge. Alternatively, it may be equivalently calculated from a change in pedal speed or acceleration.
  • a stroke sensor for example, a potentiometer, or a rotary encoder can be considered.
  • the stroke sensor is attached, for example, as shown in FIG.
  • the stroke sensor 100 has the rod 101 in contact with the pedal 103, and when the rod 101 is pushed in or pulled out, the pedal 101 moves the pedal 101.
  • the method of detecting the movement of the rod 101 can be performed, for example, by detecting a change in electrical resistance using a variable resistor. 2 come. Alternatively, a method of detecting the movement width of the rod 101 as a change in magnetic resistance using a magnetic circuit is also possible. Also, as a method of detecting the operation width of the pedal 103, for example, a potentiometer 105 is attached to the rotation axis 102, and the rotation angle of the pedal 103 is detected by a change in electric resistance. Good.
  • the potentiometer may be of a type that detects the rotation angle by, for example, a resistance change of a variable resistor.
  • a mouth-to-mouth re-encoder may be attached to the rotation axis 102 of the pedal 103 to detect the rotation angle of the pedal 103.
  • the rotary encoder may be of a type that detects a change in magnetism using a magnetic element, for example, or may be a type that uses a rotary slit to detect the change with an optical pickup.
  • the operation width of the pedal 103 may be measured by irradiating the pedal 103 with laser light and measuring the phase of the reflected light. Alternatively, it may be calculated by integrating the operation speed.
  • the evening speed is used for detecting the operation speed, for example.
  • the evening cometer may measure the rotational speed using, for example, an electromotive force generated by a change in magnetic flux with respect to the winding.
  • the operation speed may be calculated by differentiating the operation width, or may be calculated by integrating the operation acceleration.
  • the operation acceleration may be detected by using, for example, an acceleration sensor, or may be obtained by differentiating the speed and calculating.
  • the operation input device with an active reaction force unit has been described so far.However, since the active reaction force unit generates a reaction force using the actuwe, the following will be shown if the actuwe breaks down. Such a problem occurs.
  • the active reaction force part there is a frictional resistance in the actuator, a gear mechanism such as an amplification mechanism or a reduction mechanism attached to the actuator, or a frictional resistance in the force transmission mechanism. If the actuator is an electric motor, there is a resistance due to back electromotive force.
  • the operation input unit may be difficult to move, and depending on the amplification ratio and reduction ratio of the amplification mechanism and reduction mechanism, the operation input unit Even if force is applied, the active reaction force section may not move and operation may not be possible.
  • the operation input unit can be used and the vehicle can be operated, so that the active reaction force separation unit is separated from the operation input unit using the active reaction force separation unit. There is a need.
  • the active reaction force separation unit 4 is installed at a portion where the reaction force from the active reaction force unit 3 is transmitted to the operation input unit 1, and the active reaction force unit 3 and the operation input unit 1 are connected by an electric signal or mechanical operation. By separating the transmission of force between them, it is possible to prevent the operation input unit 1 from being affected even if the active reaction force unit 3 sticks or malfunctions.
  • FIG. 26 shows an embodiment in which the operation input unit 1 is a pedal 110 and an electric motor 113 capable of transmitting torque to a rotating shaft is provided as an active reaction force unit.
  • a clutch 112 is provided between the electric motor 113 and the pedal 110 as an active reaction force separating portion.
  • This clutch 1 1 2 is composed of two disks, and when the disks are in contact, the electric motor 113 and the pedal 110 are connected, and the rotational force of the electric motor 113 is reduced to 1 pedal. It is transmitted to 10 and becomes the reaction force of the operation input unit.
  • the opening device 114 can be realized by a solenoid or an electric motor.
  • the releasing device 1 1 4 can be operated by a mechanical operation such as operating the lever 1 15, pushing the switch 1 16 or turning the screw 1 17, so that the clutch 1 1 2 It is also possible to adopt a structure in which two disks are separated. Further, as shown in FIG.
  • the active reaction force portion and the operation input portion are connected by the drive shafts 120 and 121 having the same center, and the drive shafts 120 and 122 are connected.
  • 1 is a restraining part 1 2 3 and is fixed.
  • Solenoid 1 2 2 is configured to connect or disconnect drive shaft 1 2 0 and drive shaft 1 2 1 by pulling out or inserting this restraint part 1 2 3 by passing current .
  • it may be possible to insert and remove this restraining part 1 2 3 by mechanical operation such as lever operation ⁇ screwdriver, or it may be a mechanism that can be directly inserted and removed by hand or tool. Good. With such a configuration, the operation input unit can be operated even if the active reaction force unit is stuck or malfunctions.
  • the configuration shown in FIG. 27 is also applicable when the operation input unit is configured as shown in FIG.
  • the active reaction force section and the operation input section may be connected by a transmission mechanism as shown in FIG.
  • the drive shaft 130 and the drive shaft 133 are connected by the transmission unit 131 and the transmission unit 132 to control the current flowing through the solenoid 135.
  • the transmission section 13 1 and the transmission section 13 2 can be joined or separated from each other.
  • the transmission sections 13 1 and 13 2 may transmit torque by friction or may transmit torque by meshing.
  • actuary 140 and pedal 1 41 5 may be connected by a restraining part 1 42.
  • the restraint part 1 4 2 is destroyed when a predetermined amount of tension or compression is applied.
  • the actuator 140 When the actuator 140 is operating normally, the operating force and the reaction force applied to the pedal 14 1 are almost balanced, and the restraining part 1 4 2 is not destroyed.
  • the actuator 140 does not operate normally, the difference between the operating force and the reaction force on the pedal 141 acts on the restraining part 142, and the restraining part 142 is destroyed.
  • the actor Yue 1 140 and the pedal 1 41 are separated.
  • the active reaction force normality determination unit determines whether the active reaction force unit operates normally. If the active reaction force normality judgment unit determines that the active reaction force unit does not operate normally, the active reaction force normality judgment unit responds to the active reaction force separation unit with an electrical operation to disconnect the active reaction force unit. I do.
  • the reaction force at the operation input unit 1 is generated by the passive reaction unit 2 or the active reaction unit 3, but the active reaction unit 3 requires an electric force to drive it. If there is not enough electric capacity to drive 3 or if power is not supplied to the electrical system to which the active reaction unit 3 belongs, a reaction force can be generated by the active reaction unit 3. Can not. Therefore, when there is an abnormality in the current or voltage of the power supply supplied to the active reaction force unit 3, or due to the relationship between charging and discharging of the vehicle power supply, the capacity sufficient to drive the active reaction force unit 3 to the vehicle power supply is provided. If it is estimated that it is not ensured, the active reaction It is determined that active reaction part 3 does not operate normally.
  • the operation width and operation speed of the operation input unit 1 (KVX operation width + Dv X operation speed) is obtained, and the absolute value of the difference between the value and the operation force applied to the operation input unit 1 is If the value is larger than the predetermined value ⁇ , it can be determined that the active reaction force section 3 is not operating normally.
  • ⁇ may be obtained from the graph of FIG. 30, and D v may be obtained from the graph of FIG. ⁇ may be set to 10% of ( ⁇ VX operation width + DVX operation speed).
  • the active reaction unit May not be operating normally.
  • the reaction force generated by the passive reaction force unit may be estimated from the operation width and operation speed of the operation input unit, or may be detected by a load sensor.
  • the active reaction force unit normal determination unit 7 clearly indicates that the active reaction force unit does not operate normally by driving the alarm unit 12. I do.
  • the alarm unit 12 may be based on auditory information such as a buzzer or a voice, or may be based on visual information such as a lamp or text.
  • the active reaction force separation unit 7 may be operated by a mechanical operation to prompt the active reaction force separation unit to be separated from the operation input unit.
  • the operation input unit 1 is connected to the passive reaction unit 2 and the active reaction unit 3. Even when there is no reaction force from the active reaction unit 3, the passive reaction unit 2 generates a reaction force on the pedal. Therefore, even if the active reaction force section operates normally, the active reaction force section 3 is separated and the passive reaction force section 2 alone generates a reaction force on the pedal, thereby reducing power consumption. Can be suppressed. If the reaction force required by the pedal and the reaction force generated by the passive reaction force unit 2 are the same, the output of the active reaction force unit 3 is ideally set to 0.
  • the measured value of the reaction force generated by the passive reaction part or the estimated value of the reaction force that would be generated by the passive reaction part is the reaction force that is to be realized using the active reaction part. If it is equal to, disconnect the active reaction part. Or, if the setting to disable the active reaction force section is selected by a switch or lever, for example, the active reaction force section is disconnected.
  • a desired reaction force characteristic can be realized only with the passive reaction force portion. In this case, it is possible to separate the influence of the frictional resistance and the like of the active reaction part, thereby improving controllability and reducing power consumption.
  • the vehicle system 11 changes the behavior of the vehicle based on the transmitted operation information.
  • the operation information includes at least one of the operation width and operation speed of the operation input unit 1 and the operation force applied to the operation input unit 1.
  • the operation input unit does not move or moves due to the resistance of the actuator transmitting mechanism included in the active reaction force unit 3. Therefore, if an abnormal resistance is applied to the operation input unit 1, the operation width or operation speed of the operation input unit 1 cannot be accurately detected. Therefore, when the behavior of the vehicle is changed based on the operation width or operation speed of the operation input unit 1 in the vehicle system 11, normal vehicle operation cannot be performed, and the vehicle may perform dangerous behavior.
  • the operation force applied to the operation input unit 1 can be detected even when abnormal resistance is applied to the operation input unit 1, if an abnormality occurs in the active counter unit, the operation information For the transmission unit, a method of transmitting operation information based on the operation force of the operation input unit to the vehicle system is effective.
  • the vehicle system may determine the behavior of the vehicle based on the operation force, using only the operation force as the operation information transmitted to the vehicle system. .
  • the operation input device will send the operation width or operation speed to the vehicle system even if an abnormality occurs in the active counter part. It is more effective to communicate. Therefore, for example, when an abnormality occurs in the active reaction force unit, the operation force applied to the operation input unit 1
  • a method of calculating the operation width of the operation input unit 1 based on a graph as shown in FIG. 32 can be considered.
  • a method of calculating the operation speed of the operation input device based on a graph as shown in FIG. 33 using the amount of change in the operation force of the operation input unit 1 or the differential value of the operation force can be considered.
  • the active reaction force unit does not operate normally and the operation force cannot be detected.
  • the active reaction force unit by providing a switch 152 between the operation input unit 150 and the active reaction force unit 151, when a force is applied to the operation input unit 150, the active reaction force The switch 152 is pressed regardless of the operation of the force input unit 151, and when no force is applied to the operation input unit 150, the switch is not pressed. Even if an abnormality occurs in the active reaction force unit, it is possible to determine whether or not a force is applied to the operation input unit 1 by determining whether or not the switch 152 is pressed. Therefore, when the switch 152 is pressed when the active reaction force section 151 does not operate normally, predetermined operation information is transmitted to the vehicle system.
  • the operation information for the operation input section is calculated and transmitted to the external system. As a result, it is possible to prevent dangerous vehicles from performing dangerous behavior, and to realize a more reliable operation input device.
  • the active reaction force when the active reaction force does not operate normally, the active reaction force is disconnected when no active reaction force is required, and the reaction force of the operation input device is secured only by the passive reaction force to secure the vehicle. Enable operation.
  • the active reaction force separation unit separates the active reaction force unit by using an electrical operation by the active reaction force unit normality determination unit. And methods using mechanical operations.
  • the active reaction force normality judging unit can clearly indicate that the active reaction force unit does not operate normally by sound or light information. Thereby, it is possible to notify the driver of the abnormality of the active reaction force portion.
  • the operation information detection unit detects the operation force applied to the operation input device or the operation width and operation speed of the operation input device as operation information, and transmits the detected operation information to the vehicle system, thereby transmitting the vehicle information to the vehicle system. Operation.
  • the operation information is calculated using the operation force or switch information and transmitted to the vehicle system. Thereby, the operation of the vehicle becomes possible.

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Description

明 細 書
操作入力装置 技術分野
本発明は、 車両を操作するための操作入力装置に関する。 背景技術
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ァクセ 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 （例えばパネ要素やダンパ要素を 用いるもの） と、 電動ァクチユエ一夕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ァクチユエ一夕でペダルの反力を 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 2 0 0 2 - 3 2 3 9 3 0 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、 摩擦抵抗ゃァクチユエ一夕の逆起電力によつ 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 つたり、 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。 発明の開示
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、 前記ァクティブ反カ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。 図面の簡単な説明
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 1 0図は、 操作入力装置の反力を表すグラフである。 1 1図は、 操作入力装置の反力を表すグラフである。
第 1 2図は、 パッシブ反力部の一例を示す模式図である。
第 1 3図は、 パッシブ反力部の一例を示す模式図である。
第 1 4図は、 パッシブ反力部の一例を示す模式図である。
第 1 5図は、 ァクティブ反カ部の一例を示す模式図である。
第 1 6図は、 ァクティブ反カ部の一例を示す模式図である。
第 1 7図は、 ァクティブ反カ部の一例を示す模式図である。
第 1 8図は、 アクティブ反力部の一例を示す模式図である。
第 1 9図は、 弹カ係数を求めるためのグラフである。
第 2 0図は、 減衰係数を求めるためのグラフである。
第 2 1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 2 2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 2 3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 2 4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 2 5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 2 6図は、 ァクティブ反カ切り離し部の一例を示す模式図であ 第 2 7図は、 ァクティブ反カ切り離し部の一例を示す模式図である 第 2 8図は、 ァクティブ反カ切り離し部の一例を示す模式図である 第 2 9図は、 ァクティブ反カ切り離し部の一例を示す模式図であ ^>。 第 3 0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 3 1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 3 2図は、 操作幅を求めるためのグラフである。
第 3 3図は、 操作速度を求めるためのグラフである。
第 3 4図は、 スィ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 発明を実施するための最良の形態
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、 ァ 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 1 1 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 1 0 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 1 2の作動を行う。 ここで、 セン サ処理部 1 0 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 1 1 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 2 0， パッシブ反力部 2 1 , 電動ァクチユエ 一夕 2 4， アクティブ反力切り離し部 2 3 , 演算装置 2 5 , センサ 2 2， 電動キヤリパ 2 6は、 それぞれ第 1図における、 操作入力部 1 , パッシ ブ反カ部 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 1 1 に相当する。
上記の構成において、 パッシブ反力部 2 1 による反力に抗してペダル 2 0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 2 0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 2 2により検出される。 電動ァクチユエ一夕 2 4はアクティブ反力切り 離し部 2 3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 2 0に反力を与える。 よって、 ペダル 2 0にかかる反力はパッシブ反力 部 2 1および電動ァクチユエ一夕 2 4で発生した反力の合計となる。
ここで、 パッシブ反力部 2 1が基本となる反力を生成し、 電動ァクチ ユエ一夕 2 4が適切な反力補正を行う構成とすれば、 電動ァクチユエ一 夕 2 4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 2 5はセンサ 2 2の信号から操作の検出を行い、 電動 ァクチユエ一夕 2 4を制御すると同時に、 電動キヤリパ 2 6に操作情報 を伝達する。 ここで、 電動キヤリバ 2 6は車両システム 1 1 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 4 6 , アクティブ反力部正常 判断部 4 4 , センサ処理部 4 5は、 それぞれ第 1図の 5 , 7 , 1 0に相 当する。
センサ処理部 4 5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 4 6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 3 0乃至 3 7に示すような種々のセン ザの中から、 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 3 0や歪ゲージ 3 1 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 3 2， ポテンショメータ 3 3、 あるいはロータリエンコーダ 3 4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 3 5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 3 6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ィッチ 3 7 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 夕 3 8 , 油圧ポンプ 3 9 , ソレノイ ド 3 9等が考えられ、 アクティブ反 力制御部 4 6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 4 4については後述するが、 センサ処理 部 4 5の情報に基づいて警報装置 4 1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 4 2あるいはソレノィ ド 4 3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 1 1 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 動キヤ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 をァク 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 5 0に操作力として力が加わると、 回転軸 5 1 を中心にペダル 5 0 a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 5 3をペダル 5 2 aの先端部 5 2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 5 4に対して直動方向に拘束され、 先端 部 5 4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図のようなレバ一状とし、 作用点 5 5を手で操 作するような構造や、 第 8図のように作用部 5 6をグリ ップ 5 7と一緒 に握るような構造、 あるいは第 9図のように軸 5 9を中心にして作用部 5 8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 1 0図のように操作幅に応 じて変化する特性や、 第 1 1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 1 2図〜第 1 4図に示 す。 第 1 2図〜第 1 4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 1 2図は、弾力特性をもつパネ 7 0 と減衰特性をもつダンバ 7 1 を、 ペダル 7 2 と基準面 7 3 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パネ 7 0が縮むように構成した例である。 これに対 し第 1 3図は、 操作入力による変位に対してパネ 7 4が伸びるように取 り付けた例である。 また、 第 1 4図は、 操作入力装置の回転軸部 7 5に 戻しバネ 7 6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、 電動ァクチユエ一夕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、 電動ァクチユエ一夕は、 例えば電動モー夕ある 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ァクチユエ一夕で生ずる力を増 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 は電気によりァクチユエ一夕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、 ァクチユエ一夕を大型にしなけ 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、 ァクチユエ一夕の出力を小さく 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 1 5図のように回転ァクチユエ一夕 8 0をペダルの回転軸 8 1 に取り付け、 回転ァクチユエ一夕 8 0から発生する回転力を反力とする 方法がある。 この場合、 回転ァクチユエ一夕には例えば電動モー夕を用 いてもよい。 またアクティブ反力部として、 第 1 6図のように直動ァク チユエ一夕 8 2をペダル 8 3に取り付け、 ペダル 8 3に反力を与える方 法も考えられる。 この場合直動ァクチユエ一夕にはソレノィ ドゃ直動型 電動モータを用いてもよいし、 また第 1 7図のように回転ァクチユエ一 夕 8 5の出力を回転直動変換手段 8 4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、 直動ァ クチユエ一夕としては、 例えば第 1 8図のように油圧ポンプ 8 8で発生 させた油圧によってピス トン 8 7を駆動しペダル 8 9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 1 9図および第 2 0図から弾力係数 Kおよび減衰係数 Dを決定 し、 反力 = ( K X操作幅 + D X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 X操 作幅 + D X操作速度 + M X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つ た場合、 Mは 0 . 2 kg 程度の値となる。 なお、 第 1 9図は操作幅に対す る弾力係数のグラフであり、 第 2 0図は操作幅に対する減数係数のダラ フである。 また、 第 2 1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 2 1図 のグラフで求めた反力と操作速度を用いて第 2 2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、 あるいはスィ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 2 3図〜第 2 5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 2 3図のように荷重センサ 9 0をペダルの先端部 9 1に取 り付けてもよいし、 荷重センサ 9 2のようにペダル 9 3と基準面 9 4の 間に取り付けてもよい。 また、 例えば第 2 4図のようにパッシブ反力部
9 6 とペダル 9 7の間に荷重センサ 9 5を取り付けてもよい。 また、 ぺ 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カを検知してもよい。 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 2 5図のように取り付ける。 ス トロークセン サ 1 0 0はロッ ド 1 0 1がペダル 1 0 3に接触しており、 ロッ ド 1 0 1 が押し込まれたり引き抜かれたりすると、 ロッ ド 1 0 1の移動をペダル
1 0 3の操作幅として検知する。ロッ ド 1 0 1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 2 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 1 0 1の 移動幅を検出する方法も可能である。 また、 ペダル 1 0 3の操作幅の検 知方法としては、 例えば回転軸 1 0 2にボテンショメータ 1 0 5を取り 付け、 ペダル 1 0 3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 1 0 3の回転軸 1 0 2に口一夕リエ ンコーダを取り付けペダル 1 0 3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、 回転スリツ 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 1 0 3の操作幅は、 レーザ光をペダル 1 0 3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夕コメータを用いる。 夕コメータは例えば 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ァクチユエ一夕を用いて反力を生成するた め、ァクチユエ一夕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、 ァクチユエ一夕の摩擦抵抗あるいはァクチュ エー夕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、 ァクチユエ一夕が電 気モータであれば逆起電力による抵抗も存在する。 そのためァクチユエ 一夕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つ 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ァクティブ反カ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 2 6図〜第 2 9 図を参照して説明する。
まず、 第 2 6図は操作入力部 1 をペダル 1 1 0 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夕 1 1 3を設けた実施例 である。 ここで電動モータ 1 1 3 とペダル 1 1 0の間には、 アクティブ 反力切り離し部としてクラッチ 1 1 2を設ける。 このクラッチ 1 1 2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 1 1 3 とべ ダル 1 1 0 とが接続されており、 電動モータ 1 1 3による回転力がぺダ ル 1 1 0に伝達され、 操作入力部の反力となる。 ここで、 開放装置 1 1 4 に電流が流れるとクラッチ 1 1 2の二枚の円盤が分離され、 電動モータ 1 1 3 とペダル 1 1 0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、 電動モ一夕 1 1 3が固着あるいは動作不良を起こしてもペダル 1 1 0を操作することが可能となる。 ここで開放装置 1 1 4はソレノィ ドあるいは電動モー夕によって実現することが考えられる。 また、 開放 装置 1 1 4は電流が流れなくても、 例えばレバー 1 1 5を操作したりス イッチ 1 1 6を押したりネジ 1 1 7を回すような機械的操作によって、 クラッチ 1 1 2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 2 7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 1 2 0および駆動軸 1 2 1 によって接続されており、 駆動 軸 1 2 0 と駆動軸 1 2 1が拘束部品 1 2 3で、 固定されている構成を考 える。 ソレノイ ド 1 2 2は電流を流すことにより、 この拘束部品 1 2 3 を抜きだし、 あるいは差し込むことにより駆動軸 1 2 0と駆動軸 1 2 1 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 1 2 3の抜き差しがレバ一操作ゃネジ回しのような機械的操作 で行えるようになつていてもよいし、 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 2 7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 2 8図のような伝 達機構で接続する構成としてもよい。 第 2 8図に示す実施例は、 駆動軸 1 3 0および駆動軸 1 3 3は、 伝達部 1 3 1および伝達部 1 3 2で接続 されており、 ソレノイ ド 1 3 5に流す電流を制御することにより、 伝達 部 1 3 1 と伝達部 1 3 2 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 1 3 1 , 1 3 2は摩擦により トルクを伝え るものでも、 嚙み合いにより トルクを伝えるものでもよい。
また、 例えば第 2 9図のようにァクチユエ一夕 1 4 0 とペダル 1 4 1 5 の間を、 拘束部品 1 4 2で接続する構成としてもよい。 拘束部品 1 4 2 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。 ァクチユエ一夕 1 4 0が正常に動作している場合、 ペダル 1 4 1 に加わる操作力と反力はほとんど釣り合つており、拘束部品 1 4 2 は破壊されない。 しかし、 ァクチユエ一夕 1 4 0が正常に動作しない場 合、 ペダル 1 4 1 に対する操作力と反力の差分が拘束部品 1 4 2に作用 し、 拘束部品 1 4 2が破壊される。 拘束部品 1 4 2の破壊によりァクチ ユエ一夕 1 4 0 とペダル 1 4 1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、 ァクテ イブ反力部正常判断部によりァクティブ反カ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、 ァクティブ反カ部正常判断部は 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はァ 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におけるァクチユエ一夕自身に異常 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、 （K V X操作幅+ D v X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 Δ νより大きかった場合ァクテ イブ反力部 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、 Κ νは第 3 0図のグラフで求められ、 D vは第 3 1図のグラフで求めら れるとしてもよい。 また Δ νは （Κ V X操作幅 + D V X操作速度） の 1 0 %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 ちょい。
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 1 2を駆動することによってァク 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 1 2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を作動させァ 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、 電力の消費ゃァクチユエ 一夕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ょうとした 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、 ァク ティブ反カ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 を用いて実現しょ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、 例えばスィ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、 ァクティブ反カ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 1 1 に伝達することを考える。 車両システム 1 1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に含まれるァクチユエ一タゃ伝達機構の抵抗によつ 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 1 1 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、 ァクティ ブ反カ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、 ァクティ ブ反カ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、 例えばァク 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 3 2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 3 3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カも検 出できない場合を考える。 ここで、 第 3 4図の様に、 操作入力部 1 5 0 とアクティブ反力部 1 5 1の間にスィッチ 1 5 2を設けることにより、 操作入力部 1 5 0に力が加わるとアクティブ反力部 1 5 1の動作に関わ らずスィツチ 1 5 2が押された状態になり、 操作入力部 1 5 0に力が加 わっていないときはスィ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、 スィッチ 1 5 2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 1 5 1が正常に動 作しない場合にスィッチ 1 5 2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ゃァ 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.、 操作力あるいはスィッチ情報を用い 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。 産業上の利用可能性
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

請 求 の 範 囲
1 . 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。
2 . 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。
3 . 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。
4 . 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。
5 . 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。
6 . 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 特徵とする車両の操作入力装置。
7 . 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。
8 . 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。
9 . 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。
1 0 . 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 作をスィ ッチによって検出し、 検出したスィ 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。
1 1 . 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徵とする車両の操 作入力装置。
1 2 . —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、 物質の特性及びノ 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、
前記ァクティブ反カ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。
1 3 . 請求項 1 2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。
1 4 . 請求項 1 2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。
1 5 . 請求項 1 2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 じるパネ機構であることを特徴とする車両の操作入力装置。
1 6 . 請求項 1 2において、 前記アクティブ反力切り離し部は、 前記ァ 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ツチ機構であ ることを特徴とする車両の操作入力装置。
1 7 . 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、 前記ァクティブ反カ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。
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