JP5728563B2 - 反力ペダル装置 - Google Patents

Description

この発明は、運転者が操作するペダル部材と、前記ペダル部材に反力を付与するモータとを備える反力ペダル装置に関する。

アクセルペダルの操作量に応じて、アクチュエータからアクセルペダルに反力を付与する構成が知られている｛例えば、特許文献１、２参照｝。

特許文献１では、目標速度に応じてアクチュエータの反力付与特性を設定し、運転者によるアクセルペダルの操作を補助する（例えば、要約及び図３Ａ〜図３Ｃ参照）。

特許文献２では、ペダルレバー（５）とアーム部材（１５）を介してアクセルペダル（３）とサーボモータ（１９）とが連結される。サーボモータの駆動軸（１９ｂ）の先端には歯車（１９ａ）が連結され、該歯車（１９ａ）は、ペダルレバーに形成された歯部（１５ｂ）と噛合する。これらの構成を用いて、サーボモータからの反力をアクセルペダルに付加する（要約及び図１参照）。

国際公開第２００９／１３６５１２号パンフレット 特開２００７−０２６２１８号公報

上記の通り、特許文献２では、歯車（１９ａ）及び歯部（１５ｂ）を用いた減速機構を用いて反力を伝達するが、特許文献２の明細書では、当該減速機構の詳細（ギア比等）についての記載は見当たらない。

また、特許文献２の図１、図２及び図４には、歯車と歯部が示されているが、これらの図から判断すると、モータの歯車を最大限回転させた場合でも、歯車はその一部のみが歯部と噛合し、歯部と全く噛合しない部分が生じる。そうすると、歯車では、その一部にのみ大きな力が掛かり続けることとなり、摩耗が激しい部分と全く摩耗しない部分とが生じることとなる。その結果、モータの歯車を最大限回転させた場合に歯車の全周が歯部と噛合する場合と比べて歯車全体の耐久性が下がる可能性がある。

さらに、モータの歯車を最大限回転させた場合でも歯車の一部のみが歯部と噛合することは、モータの駆動軸の回転角度が３６０°を下回ることを意味する。そうすると、歯車のみならず、モータの各部品についても、力の加わる箇所が偏ることとなり、より平均化された力が加わる場合と比べてモータ全体の耐久性が下がることとなる。特に、モータがブラシモータである場合、ブラシモータのコミテータとブラシが接触する範囲が限定されることとなり、特定の箇所のみが磨耗し易くなる。そうすると、摩耗が激しい箇所とそうでない箇所とで段差が生じ、モータ全体での耐久性を低下させかねない。また、摩耗量の差に伴う異音や荷重段差（モータが回転する際の回転抵抗の相違）が発生し、ユーザに違和感を与えるおそれがある。

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、反力を伝える伝達系の耐久性を向上可能な反力ペダル装置を提供することを目的とする。

この発明の別の目的は、ユーザに違和感を与えることのない反力ペダル装置を提供することである。

この発明に係る反力ペダル装置は、運転者が操作するペダル部材と、前記ペダル部材に常に連結されたアーム部材を介して、前記ペダル部材に反力を付与するモータと、前記モータと前記アーム部材との間に設けられたクラッチとを備え、前記ペダル部材が戻されている途中において、前記ペダル部材の操作量と前記モータの回転角度との間にずれを生じさせるように前記クラッチを解放させることを特徴とする。

この発明によれば、ペダル部材が戻されている途中において、ペダル部材の操作量とモータの回転角度との間にずれを生じさせるようにクラッチを解放させる。このため、クラッチの解放前と解放後では、ペダル部材の位置（操作量）とモータの回転角度とがずれることとなる。このため、モータの反力を伝える伝達系における部品（モータ、ペダル部材等の部品）にかかる力が特定の箇所に集中することを回避し、当該伝達系全体での耐久性を高めることが可能となる。特に、モータがブラシモータである場合、コミテータとブラシとが接触する範囲を拡張させ、摩耗箇所を分散させることが可能となる。従って、特定の箇所のみが摩耗することに伴う摩耗量の差によって生じる異音や荷重段差の発生を防止し、ユーザの違和感を避けることが可能となる。

前記モータと前記アーム部材との間に減速機を備え、前記減速機の減速比は、前記アーム部材が変位可能範囲を変位するとき、前記モータの回転角度が３６０°以上となるように設定してもよい。

これにより、ペダル部材を最大限変位させると、モータが３６０°以上回転することとなる。このため、上記と同様、モータの反力を伝える伝達系における部品（モータ、ペダル部材等の部品）にかかる力が特定の箇所に集中することを回避し、前記伝達系全体での耐久性を高めることが可能となる。特に、モータがブラシモータである場合、コミテータとブラシとが接触する範囲を拡張させ、摩耗箇所を分散させることが可能となる。従って、特定の箇所のみが摩耗することに伴う摩耗量の差によって生じる異音や荷重段差の発生を防止し、ユーザの違和感を避けることが可能となる。また、前記クラッチが故障した場合であっても、モータが３６０°以上回転することを保証することが可能となり、上記のような作用及び効果を奏することができることとなる。

前記反力ペダル装置は、前記モータによる反力の発生方向に、前記モータとは別に付勢力を常に付与する付勢部材を有し、前記付勢部材は、前記アーム部材を前記ペダル部材に当接させるように付勢してもよい。

この発明によれば、ペダル部材が戻されている途中において、ペダル部材の操作量とモータの回転角度との間にずれを生じさせるようにクラッチを解放させる。このため、クラッチの解放前と解放後では、ペダル部材の位置（操作量）とモータの回転角度とがずれることとなる。このため、モータの反力を伝える伝達系における部品（モータ、ペダル部材等の部品）にかかる力が特定の箇所に集中することを回避し、当該伝達系全体での耐久性を高めることが可能となる。特に、モータがブラシモータである場合、コミテータとブラシとが接触する範囲を拡張させ、摩耗箇所を分散させることが可能となる。従って、特定の箇所のみが摩耗することに伴う摩耗量の差によって生じる異音や荷重段差の発生を防止し、ユーザの違和感を避けることが可能となる。

この発明の一実施形態に係るアクセルペダル装置を搭載した車両のブロック図である。 前記アクセルペダル装置の外観斜視図である。 前記アクセルペダル装置の外観側面図である。 アクセルペダルの操作量と、付勢力発生装置が発生する第１付勢力との関係を示す図である。 前記実施形態における動力付与装置の内部構成図である。 遊び補償力を用いない比較例において、モータ反力を発生させない状態での力の発生状態を示す説明図である。 前記遊び補償力を用いる前記実施形態において、モータ反力を発生させない状態での力の発生状態を示す説明図である。 電子制御装置がクラッチの接続及び解放を制御するフローチャートである。 アクセルペダルの状態及び操作量と、モータの回転角度と、モータの反力と、クラッチの接続／解放状態との関係の一例を示す説明図である。 図７に示す構成の第１変形例を示す図である。 図７に示す構成の第２変形例を示す図である。

Ａ．一実施形態
１．車両１０の構成
（１）全体構成
図１は、この発明の一実施形態に係るアクセルペダル装置１２（反力ペダル装置）を搭載した車両１０のブロック図である。図２は、アクセルペダル装置１２の外観斜視図である。図３は、アクセルペダル装置１２の外観側面図である。車両１０は、例えば、ガソリン車である。或いは、ハイブリッド車両及び燃料電池車を含む電気自動車であってもよい。

車両１０は、アクセルペダル装置１２に加え、駆動系１４と、電子制御装置１６（以下「ＥＣＵ１６」という。）とを備える。

（２）アクセルペダル装置１２
アクセルペダル装置１２は、アクセルペダル２０と、ペダル側アーム２２と、付勢力発生装置２４と、動力付与装置２６とを備える。

（ａ）ペダル側アーム２２
図２及び図３に示すように、ペダル側アーム２２は、その一端（以下「端部２２ａ」という。）が軸部材２８を介してアクセルペダル２０に旋回可能に連結されている。ペダル側アーム２２の他端（図示せず）は、付勢力発生装置２４に旋回可能に支持されている。

（ｂ）付勢力発生装置２４
付勢力発生装置２４は、踏み込まれたアクセルペダル２０を原位置に戻すための付勢力（以下「第１付勢力Ｆｓ１」［Ｎ］という。）を機械的な構成により発生し、ペダル側アーム２２を介してアクセルペダル２０に付与するものである。図１に示すように、付勢力発生装置２４は、その内部に、リターンスプリング３０、ヒステリシス特性生成部３２と、操作量センサ３４とを備える。

ヒステリシス特性生成部３２は、リターンスプリング３０が発生する第１付勢力Ｆｓ１にヒステリシス特性を生じさせる。すなわち、図４に示すように、ヒステリシス特性生成部３２は、アクセルペダル２０が踏み込まれるとき、第１付勢力Ｆｓ１を大きくし、アクセルペダル２０が戻されるとき、第１付勢力Ｆｓ１を小さくする。

リターンスプリング３０及びヒステリシス特性生成部３２の構成としては、例えば、国際公開第０１／１９６３８号パンフレットに記載のものを適用することができる。操作量センサ３４は、ペダル側アーム２２の変位に応じてアクセルペダル２０の原位置からの踏込み量（操作量θ）［度］を検出し、ＥＣＵ１６に出力する。操作量センサ３４は、付勢力発生装置２４以外の部位に設けてもよい。

（ｃ）動力付与装置２６
図５には、動力付与装置２６の概略的な内部構成が示されている。動力付与装置２６は、アクセルペダル２０に対する動力（以下「モータ動力Ｆｍ」［Ｎ］という。）を生成するものであり、図１〜図３及び図５に示すように、アクチュエータとしてのモータ３６と、減速機ユニット３８と、モータ側アーム４０と、追加スプリング４２とを有する。

モータ３６は、ＥＣＵ１６からの制御信号Ｓｍに応じたモータ動力Ｆｍを発生する。本実施形態のモータ３６は、直流型のブラシモータであり、ケース５４に固定された永久磁石５２と、出力軸５８を中心に回転する電機子５６と、電流の向きを制御するためのコミテータ６０と、コミテータ６０を通じて電機子５６に電流を流すブラシ６２とを有する。モータ３６で生成されたモータ動力Ｆｍは、出力軸５８を介して減速機ユニット３８に出力される。モータ３６の代わりに、その他の駆動力生成手段（例えば、空気圧アクチュエータ）を用いてもよい。

図１及び図５に示すように、減速機ユニット３８は、クラッチ７０と減速機７２とを有する。

クラッチ７０は、ＥＣＵ１６からの制御信号Ｓｃに基づいて、モータ３６の出力軸５８と減速機７２の入力軸７４との間の連結状態を制御する。クラッチ７０としては、例えば、ドグクラッチ又は電磁クラッチを用いることができる。

減速機７２は、入力軸７４の回転角度に対して所定のギア比で出力軸７６を回転させるものである。減速機７２は、入力軸７４及び出力軸７６に加え、これらの間に配置された中間軸７８を備える。減速機７２では、入力軸７４の一端に形成された第１歯車８０と、中間軸７８の一端に形成された第２歯車８２とが噛み合うと共に、中間軸７８の他端に形成された第３歯車８４と出力軸７６の一端に形成された第４歯車８６とが噛み合う。減速機７２におけるギア比の詳細については後述する。

図２及び図３に示すように、モータ側アーム４０は、その旋回軸部４４が減速機ユニット３８に連結されており、旋回軸部４４（旋回軸Ａｘ）を中心に旋回可能である。モータ側アーム４０は、その一端（以下「端部４０ａ」という。）がペダル側アーム２２の端部２２ａに当接し、他端（以下「端部４０ｂ」という。）が追加スプリング４２の一端に連結されている。

追加スプリング４２は、その一端がモータ側アーム４０に連結され、他端がブラケット４６に連結されている。ブラケット４６は、図示しない車体に固定されている。モータ側アーム４０は、追加スプリング４２からの付勢力（以下「第２付勢力Ｆｓ２」［Ｎ］という。）を受けることで、旋回軸部４４を図２及び図３中、Ｘ方向に付勢される。このため、モータ側アーム４０の端部４０ａは、ペダル側アーム２２の端部２２ａを図２及び図３中、Ｙ方向に付勢する。これにより、モータ側アーム４０の端部４０ａは、ペダル側アーム２２の端部２２ａと常に当接することになる。

なお、上記のような構成を取ることにより、モータ側アーム４０の旋回可能範囲θｍａ［°］（図３）は、所定値（例えば、２２°）に制限される。

また、クラッチ７０が連結状態にあるときにモータ３６がモータ動力Ｆｍを発生すると、モータ動力Ｆｍは、減速機ユニット３８、モータ側アーム４０及びペダル側アーム２２を介してアクセルペダル２０に伝達される。これにより、アクセルペダル２０には、リターンスプリング３０からの第１付勢力Ｆｓ１及び追加スプリング４２からの第２付勢力Ｆｓ２に加えてモータ３６からのモータ動力Ｆｍが付加される。

（３）駆動系１４
駆動系１４は、車両１０に駆動力を与えるものであり、図示しないエンジン、トランスミッション、車輪等を備える。

（４）ＥＣＵ１６
ＥＣＵ１６は、操作量センサ３４が検出したアクセルペダル２０の操作量θに基づいて駆動系１４と動力付与装置２６とを制御する。

２．アクセルペダル２０に応じた各部の動き
以上のような構成を有することから、運転者がアクセルペダル２０を踏み込むと、アクセルペダル２０は、その基部２０ａを中心に旋回し、当該旋回に伴ってアクセルペダル２０の先端が下方に移動する。これに伴って、アクセルペダル２０との相対角度を変化させながら、ペダル側アーム２２の端部２２ａが下方に旋回移動する。この際、ペダル側アーム２２は、付勢力発生装置２４（リターンスプリング３０）からの第１付勢力Ｆｓ１を受ける。また、ペダル側アーム２２が下方に旋回移動すると、ペダル側アーム２２の端部２２ａがモータ側アーム４０の端部４０ａを押圧する。その結果、ペダル側アーム２２の端部２２ａがモータ側アーム４０の端部４０ａと一緒に下方に移動する。その際、モータ側アーム４０の旋回により、追加スプリング４２が引っ張られるため、モータ側アーム４０には原点復帰力としての第２付勢力Ｆｓ２が作用する。

さらに、ＥＣＵ１６は、操作量センサ３４が検出した操作量θに応じてモータ３６の出力、すなわち、モータ動力Ｆｍを設定する。このモータ動力Ｆｍは、減速機ユニット３８を介してモータ側アーム４０に伝達される。

従って、ペダル側アーム２２には、運転者からアクセルペダル２０に対する踏力が作用すると共に、リターンスプリング３０からの第１付勢力Ｆｓ１とモータ３６からのモータ動力Ｆｍと追加スプリング４２からの第２付勢力Ｆｓ２とが作用する。

３．モータ出力の制御
（１）概要
上述のように、本実施形態では、アクセルペダル２０に付加される付勢力として、例えば、付勢力発生装置２４が発生する第１付勢力Ｆｓ１と、モータ３６が発生するモータ動力Ｆｍと、追加スプリング４２が発生する第２付勢力Ｆｓ２とがある。以下では、アクセルペダル２０に付加される付勢力の合計を合計付勢力Ｆｔと呼ぶ。合計付勢力Ｆｔのうち、モータ動力Ｆｍと第２付勢力Ｆｓ２は、動力付与装置２６を車両１０に組み込んだことにより追加されたものである。その一方、第１付勢力Ｆｓ１は、車両１０に動力付与装置２６を組み込まない場合であっても、アクセルペダル２０に付加される。

また、本実施形態のモータ動力Ｆｍは、運転者に対して適切な操作量θを知らせるためのモータ反力Ｆｒとしての機能と、モータ３６からモータ側アーム４０までの動力伝達系（すなわち、動力付与装置２６）において生じる遊びを抑制し、各部材間の接触を維持する遊び補償力Ｆｂとしての機能とを有する。従って、ＥＣＵ１６は、モータ反力Ｆｒの制御及び遊び補償力Ｆｂの制御を組み合わせてモータ動力Ｆｍの制御とする。

（２）モータ反力Ｆｒの制御
上述の通り、モータ反力Ｆｒは、運転者に対して適切な操作量θを知らせるためのモータ動力Ｆｍである。モータ反力Ｆｒの制御は、操作量センサ３４が検出した操作量θと、図示しない車速センサが検出した車速［ｋｍ／ｈ］等を用いる。モータ反力Ｆｒの制御としては、例えば、上述した特許文献１に記載のものを用いることができる。

（３）遊び補償力Ｆｂの制御
（ａ）遊び補償力Ｆｂの制御の詳細
上述の通り、遊び補償力Ｆｂは、動力付与装置２６において生じる遊びを抑制し、各部材間の接触を維持するためのモータ動力Ｆｍである。すなわち、遊び補償力Ｆｂにより、モータ３６とクラッチ７０との間、クラッチ７０内、第１歯車８０と第２歯車８２との間、第３歯車８４と第４歯車８６との間、出力軸７６とモータ側アーム４０との間、及びモータ側アーム４０とペダル側アーム２２との間の接触を維持する。

遊び補償力Ｆｂの具体的な制御は、次のように行う。すなわち、動力付与装置２６における遊びを抑制するために必要なモータ動力Ｆｍの最小値Ｆｍｉｎ［Ｎ］を事前に設定しておく。最小値Ｆｍｉｎは、例えば、実測値又はシミュレーション値を用いることができる。この際、追加スプリング４２の第２付勢力Ｆｓ２の影響を考慮することができる。

そして、モータ動力Ｆｍが最小値Ｆｍｉｎを下回らないように遊び補償力Ｆｂを生成する。換言すると、遊び補償力Ｆｂ以外のモータ動力Ｆｍ（本実施形態では、モータ反力Ｆｒ）が、最小値Ｆｍｉｎを下回るとき、モータ反力Ｆｒと最小値Ｆｍｉｎとの差を遊び補償力Ｆｂとする（Ｆｒ＜Ｆｍｉｎのとき、Ｆｂ＝Ｆｒ−Ｆｍｉｎとし、Ｆｒ≧Ｆｍｉｎのとき、Ｆｂ＝０とする。）。或いは、モータ反力Ｆｒの大きさにかかわらず、モータ反力Ｆｒがゼロのときの最小値Ｆｍｉｎと等しい値を遊び補償力Ｆｂに設定することもできる。

（ｂ）本実施形態と比較例との比較
図６は、遊び補償力Ｆｂを用いない比較例において、モータ反力Ｆｒを発生させない状態での力（第２付勢力Ｆｓ２）の発生状態を示す。図７は、本実施形態において、モータ反力Ｆｒを発生させない状態での力（第２付勢力Ｆｓ２及び遊び補償力Ｆｂ）の発生状態を示す。なお、説明の容易化のため、図６及び図７では、リターンスプリング３０及びそこからの第１付勢力Ｆｓ１については考慮していない。

図６に示すように、比較例では、モータ３６がモータ動力Ｆｍを発生させていない場合、モータ３６とクラッチ７０との間、クラッチ７０内、クラッチ７０と減速機７２との間、減速機７２内及び減速機７２とモータ側アーム４０との間で非接触部位（すなわち、遊び）が発生する可能性がある。従って、モータ３６がモータ動力Ｆｍの発生を開始する際、モータ動力Ｆｍの伝達遅れが生じると共に、各部位の接触に伴う異音が発生する可能性がある。

一方、図７に示すように、本実施形態では、モータ３６がモータ反力Ｆｒを発生させていない場合であっても、遊び補償力Ｆｂを発生させる。このため、モータ３６とクラッチ７０との間、クラッチ７０内、クラッチ７０と減速機７２との間、減速機７２内及び減速機７２とモータ側アーム４０との間における非接触部位（すなわち、遊び）をなくすことが可能となる。従って、モータ反力Ｆｒの発生を開始する際、モータ動力Ｆｍの伝達遅れが生じなくなると共に、各部位の接触に伴う異音の発生を防止することが可能となる。

なお、後述するように、本実施形態では、クラッチ７０を解放する制御を行う場合があるが、この場合、遊び補償力Ｆｂの生成を中止してもよい。

また、図６及び図７では追加スプリング４２の第２付勢力Ｆｓ２をモータ３６側に作用させることによっても、モータ３６とクラッチ７０との間、クラッチ７０内、クラッチ７０と減速機７２との間、減速機７２内及び減速機７２とモータ側アーム４０との間における非接触部位の発生を抑制することが可能な場合がある。しかし、追加スプリング４２の場合、アクセルペダル２０が原位置に戻ったときに、それ以上、モータ３６側を付勢することはできなくなる。遊び補償力Ｆｂを用いた場合、アクセルペダル２０が原位置に戻った場合でも、上記のような効果を奏することが可能となる。

４．クラッチ７０の制御
次に、本実施形態におけるクラッチ７０の制御について説明する。本実施形態では、クラッチ７０を解放させている間に、モータ３６の出力軸５８の回転角度（モータ３６の回転角度θｍ）（位相）と、減速機７２の入力軸７４の回転角度（位相）との関係を変化させる。これにより、モータ３６及び減速機７２それぞれにおいて使用部位が偏ること（モータ３６及び減速機７２の一部のみにモータ動力Ｆｍの大半が作用すること）を防止する。

クラッチ７０の制御は、操作量センサ３４からの操作量θに基づいてＥＣＵ１６が行う。

図８は、ＥＣＵ１６がクラッチ７０の接続及び解放を制御するフローチャートである。ステップＳ１において、ＥＣＵ１６は、操作量センサ３４から操作量θを取得する。ステップＳ２において、ＥＣＵ１６は、操作量θが、閾値ＴＨ＿θ以上であるか否かを判定する。閾値ＴＨ＿θは、クラッチ７０を接続させるか又は解放させるかを判定するための第１閾値である。本実施形態において、閾値ＴＨ＿θは、アクセルペダル２０がモータ反力Ｆｒを発生させる必要があるほど踏み込まれているか否かを判定するための閾値であり、操作量θが閾値ＴＨ＿θよりも小さい場合、モータ反力Ｆｒを付与する必要がない。

操作量θが、閾値ＴＨ＿θ以上である場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、アクセルペダル２０はモータ反力Ｆｒを発生させるべきほど踏み込まれている状態（例えば、車両１０は加速状態又は目標速度での巡航状態）にあるといえる。この場合、ステップＳ３に進む。一方、操作量θが、閾値ＴＨ＿θ未満である場合（Ｓ２：ＮＯ）、アクセルペダル２０はモータ反力Ｆｒを発生させるべきほど踏込まれていない状態（例えば、車両１０は停止状態又は目標速度を下回る状態）にあるといえる。この場合、ステップＳ６に進む。

ステップＳ３において、ＥＣＵ１６は、操作量θの単位時間当たりの変化量Δθ［度／秒］を算出する。

ステップＳ４において、ＥＣＵ１６は、変化量Δθが、閾値ＴＨ＿Δθ以上であるか否かを判定する。閾値ＴＨ＿Δθは、クラッチ７０を接続させるか又は解放させるかを判定するための第２閾値である。本実施形態において、閾値ＴＨ＿Δθは、ユーザがアクセルペダル２０を戻しているか否かを判定するための閾値であり、例えば、ゼロ又はゼロ未満の所定値を設定することができる。

変化量Δθが、閾値ＴＨ＿Δθ以上である場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、アクセルペダル２０は停止状態（車両１０は定速状態）又は踏み込まれている状態（車両１０は加速状態）にあるといえる。この場合、ステップＳ５において、ＥＣＵ１６は、制御信号Ｓｃを用いてクラッチ７０を接続状態とする。これにより、モータ３６が生成したモータ動力Ｆｍは、クラッチ７０を介して減速機７２に伝達される。

変化量Δθが、閾値ＴＨ＿Δθ未満である場合（Ｓ４：ＮＯ）、アクセルペダル２０は戻し状態（車両１０は減速状態）にあるといえる。この場合、ステップＳ６に進む。

ステップＳ２において操作量θが閾値ＴＨ＿θ未満である場合（Ｓ２：ＮＯ）又はステップＳ４において変化量Δθが閾値ＴＨ＿Δθ未満である場合（Ｓ４：ＮＯ）、ステップＳ６において、ＥＣＵ１６は、制御信号Ｓｃを用いてクラッチ７０を解放状態とする。これにより、モータ３６が生成したモータ動力Ｆｍは、減速機７２に伝達されなくなる。ここで、アクセルペダル２０が戻されている状態、すなわち、操作量θが減少している状態である場合（Ｓ４：ＮＯ）、モータ３６の出力軸５８の回転角度（モータ３６の回転角度θｍ）（位相）と減速機７２の入力軸７４の回転角度（位相）とはずれを生じることとなる。その結果、モータ３６の回転角度θｍとアクセルペダル２０の操作量θとはずれを生じることとなる。

ＥＣＵ１６は、車両１０が走行している間、図８の処理を繰り返す。

図９には、アクセルペダル２０の状態及び操作量θと、モータ３６の回転角度θｍと、モータ反力Ｆｒと、クラッチ７０の接続／解放状態との関係の一例を示す説明図である。なお、図９の例では、減速機７２がないとした例であり、後述するようなギア比の影響は考慮していない（後述するギア比ｎは用いていない）。このため、図９における操作量θ及び回転角度θｍの数値は、理解を助けるための参考値に過ぎないことに留意されたい。

図９の時点ｔ１では、車両１０が目標速度又はその付近で走行中であり、アクセルペダル２０の位置は適切である。換言すると、アクセルペダル２０の操作量θは、閾値ＴＨ＿θ（例えば、ＴＨ＿θ＝５）以上である（Ｓ２：ＹＥＳ）。この状態で、モータ３６はモータ反力Ｆｒを大きく発生させており、また、クラッチ７０は接続状態である。

時点ｔ２では、アクセルペダル２０が時点ｔ１の位置からさらに踏み込まれている。この状態は、運転者が加速のためにアクセルペダル２０を踏み込んだ状態であり、この時点ｔ２では、アクセルペダル２０を踏み込み易くするため、モータ３６はモータ反力Ｆｒを小さくする。また、操作量θの単位時間当たりの変化量Δθが閾値ＴＨ＿Δθ（例えば、ゼロ）以上であるため、クラッチ７０は接続状態を維持する。従って、時点ｔ２では、時点ｔ１と比べてアクセルペダル２０の操作量θとモータ３６の回転角度θｍがそれぞれ増加している。

時点ｔ３は、運転者が加速を終了し、定速走行に移るため、アクセルペダル２０を一旦戻している状態である。このため、時点ｔ３では、時点ｔ２と比べてアクセルペダル２０の操作量θが減少している。一方、アクセルペダル２０を戻す場合、変化量Δθは閾値ＴＨ＿Δθ未満となる。また、操作量θは閾値ＴＨ＿θ未満である。このため、ＥＣＵ１６は、クラッチ７０を解放状態とする。このため、時点ｔ３におけるモータ３６の回転角度θｍは、時点ｔ２と比べて同じ値となっている。

時点ｔ４は、運転者が再度アクセルペダル２０を踏み込み、定速走行に戻った状態である。時点ｔ４では、時点ｔ１と同様、アクセルペダル２０の位置は適切である。このため、モータ３６はモータ反力Ｆｒを発生させており、また、クラッチ７０は接続状態である。時点ｔ４におけるアクセルペダル２０の操作量θは、時点ｔ１と同じである。その一方、時点ｔ４におけるモータ３６の回転角度θｍは、時点ｔ１と異なっている。これは、時点ｔ３においてアクセルペダル２０を戻す際、クラッチ７０を解放状態としたため、操作量θと回転角度θｍにずれが生じたためである。

このように、アクセルペダル２０の操作に応じて操作量θと回転角度θｍにずれを生じさせることにより、モータ３６の回転角度θｍを３６０°以上にすることが可能となる。

５．減速機７２のギア比
上記のように、本実施形態では、アクセルペダル２０の操作量θとモータ３６の回転角度θｍとの間にずれを生じさせることにより、モータ３６の回転角度θｍを３６０°以上とした。本実施形態では、さらに、減速機７２のギア比ｎを調整することによっても、モータ３６の回転角度θｍが３６０°以上となることを保証している。

まず、ギア比ｎは、次のように式（１）のように定義する。
θｍ＝θｍａ×ｎ （１）

上記の通り、θｍａは、モータ側アーム４０の旋回可能範囲である（図３参照）。

ここで、回転角度θｍを３６０°以上とするためには、次の式（２）が成り立つ必要がある。
θｍａ×ｎ≧３６０ （２）

式（２）を変形すると式（３）となる。
ｎ≧３６０／θｍａ （３）

従って、旋回可能範囲θｍａがわかれば、ギア比ｎを特定することができる。例えば、旋回可能範囲θｍａが２２°である場合、ギア比ｎを１６．３７（≒３６０／２２）以上とすることにより、回転角度θｍを３６０°以上とすることができる。

ギア比ｎを上記のように設定することにより、仮に、クラッチ７０の故障によりクラッチ７０を解放状態とすることができなくなった場合でも、モータ３６の回転角度θｍが３６０°以上となることを保証することができる。

なお、上記では、アクセルペダル２０の最大可動域としての旋回可能範囲θｍａに基づいて説明したが、アクセルペダル２０の常用可動域についての旋回範囲に基づいてギア比ｎを設定することもできる。常用可動域とは、走行中に使用する割合が高いアクセルペダル２０の旋回範囲であり、例えば、定速走行をする際に設定される目標速度を基準として一定の範囲の速度に対応するアクセルペダル２０の旋回範囲を意味する。

このため、ギア比ｎの範囲としては、モータ３６の回転角度θｍを、例えば、７２０°以上に設定することが好ましい。また、減速機７２の耐久性等を考慮すると、モータ３６の回転角度θｍを、例えば、１４４０°以下に設定可能とすることが好ましい。

６．本実施形態の効果
以上のように、本実施形態によれば、アクセルペダル２０を変位させているときに、クラッチ７０を一時的に解放させる（図８のＳ６）。このため、クラッチ７０の解放前と解放後では、アクセルペダル２０の操作量θとモータ３６の回転角度θｍとがずれる（相対的な位置関係が変化する）こととなる。このため、モータ動力Ｆｍを伝える動力付与装置２６における部品（モータ３６等の部品）にかかる力が特定の箇所に集中することを回避し、動力付与装置２６全体での耐久性を高めることが可能となる。特に、本実施形態では、モータ３６がブラシモータであるため、コミテータ６０とブラシ６２とが接触する範囲を拡張させ、摩耗箇所を分散させることが可能となる。従って、特定の箇所のみが摩耗することに伴う摩耗量の差によって生じる異音や荷重段差の発生を防止し、ユーザの違和感を避けることが可能となる。

本実施形態では、操作量θの単位時間当たりの変化量Δθに関し、アクセルペダル２０が戻されていることを判定するための閾値ＴＨ＿Δθを設定し、クラッチ７０は、変化量Δθが閾値ＴＨ＿Δθを超えたとき（本実施形態では、変化量Δθが閾値ＴＨ＿Δθ未満となったとき）、一時的に解放する（図８のＳ４：ＮＯ→Ｓ６）。これにより、アクセルペダル２０が戻されているときにクラッチ７０を一時的に解放する。一般に、アクセルペダル２０の位置が一定に維持されている場合又はアクセルペダル２０が踏み込まれている場合と比べて、アクセルペダル２０が戻されている場合（特に、戻す速度が大きい場合）には、モータ反力Ｆｒを生成する必要性は低いといえる。上記構成によれば、反力Ｆｒを生成する必要性が低い場合にアクセルペダル２０の操作量θとモータ３６の回転角度θｍをずらすことが可能となる。従って、運転者に違和感を与えずに操作量θと回転角度θｍの関係を調整することが可能となる。

本実施形態では、モータ３６とモータ側アーム４０との間に減速機７２を備え、減速機７２のギア比ｎは、モータ側アーム４０が旋回可能範囲θｍａを変位するとき、モータ３６の回転角度θｍが３６０°以上となるように設定される。これにより、アクセルペダル２０を最大限変位させると、モータ３６が３６０°以上回転することとなる。このため、上記と同様、モータ３６の部品にかかる力が特定の箇所に集中することを回避し、動力付与装置２６全体での耐久性を高めることが可能となる。特に、モータ３６がブラシモータであるため、コミテータ６０とブラシ６２とが接触する範囲を拡張させ、摩耗箇所を分散させることが可能となる。従って、特定の箇所のみが摩耗することに伴う摩耗量の差によって生じる異音や荷重段差の発生を防止することが可能となる。また、クラッチ７０が故障した場合であっても、モータ３６が３６０°以上回転することを保証することが可能となり、上記のような作用及び効果を奏することができることとなる。

本実施形態では、モータ反力Ｆｒの生成を要しない場合でも、遊び補償力Ｆｂを発生させることで、モータ３６からアクセルペダル２０までの動力伝達系における遊びを抑制する。これにより、モータ反力Ｆｒの生成を要しない場合に、モータ３６からアクセルペダル２０までの動力伝達系における遊びを抑制することが可能となる。従って、その後にモータ反力Ｆｒを生成する場合、モータ反力Ｆｒの生成の応答性を高めることが可能となる。

Ｂ．変形例
なお、この発明は、上記実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。

１．車両１０
上記実施形態では、車両１０をガソリン車としたが、これに限らず、ハイブリッド車両及び燃料電池車を含む電気自動車であってもよい。

２．アクセルペダル２０
上記実施形態では、モータ動力Ｆｍを付与するペダルをアクセルペダル２０としたが、ブレーキペダルにも同様の構成を適用可能である。すなわち、ブレーキペダルに対してモータ動力Ｆｍを付与可能な構成において、上記のようにクラッチ７０、遊び補償力Ｆｂ及びギア比ｎを利用することもできる。

３．付勢力発生装置２４
上記実施形態では、付勢力発生装置２４を機械的な構成のみから構成したが、電気的又は電磁的な機構を有するものを用いてもよい。

４．動力付与装置２６
上記実施形態では、アクセルペダル２０に付与する動力（付勢力）を生成するものとしてモータ３６を用いたが、これに限らず、その他の駆動力生成手段（例えば、空気圧アクチュエータ）を用いることもできる。

上記実施形態では、ペダル側アーム２２を介してアクセルペダル２０にモータ動力Ｆｍ及び第２付勢力Ｆｓ２を伝達したが、これに限らず、例えば、動力付与装置２６からアクセルペダル２０に直接モータ動力Ｆｍ及び第２付勢力Ｆｓ２を伝達してもよい。

上記実施形態では、クラッチ７０、遊び補償力Ｆｂ及びギア比ｎの利用を組み合わせたが、いずれか１つ又は２つのみを用いることもできる。

上記実施形態では、クラッチ７０をモータ３６と減速機７２の間に配置したが、これに限らず、減速機７２とモータ側アーム４０との間に配置してもよい。

上記実施形態では、アクセルペダル２０を戻しているときにクラッチ７０を解放したが、クラッチ７０を解放するのは、これに限らない。例えば、運転者が加速を求めているときにクラッチ７０を解放してもよい。すなわち、ＥＣＵ１６は、加速の意図を判定するための変化量Δθの閾値ＴＨ＿Δθ２を予め設定しておき、変化量Δθが閾値ＴＨ＿Δθ２以上であるときクラッチ７０を解放し、変化量Δθが閾値ＴＨ＿Δθ２未満であるときクラッチ７０を接続することもできる。或いは、ＥＣＵ１６は、モータ反力Ｆｒの指令値がゼロであるか否かを判定し、該指令値がゼロであるとき、クラッチ７０を解放し、該指令値がゼロ以外であるとき、クラッチ７０を接続することもできる。

上記実施形態では、遊び補償力Ｆｂにより動力付与装置２６における遊びを抑制したが、当該遊びの抑制方法はこれに限らない。

図１０は、図７に示す構成の第１変形例を示す。図１１は、図７に示す構成の第２変形例を示す。

図１０では、追加スプリング４２（付勢部材）の配置を変更し、追加スプリング４２からの第２付勢力Ｆｓ２がモータ３６の出力軸５８に加わるようにしている。このためには、例えば、第１変形例におけるモータ３６の出力軸５８を、クラッチ７０側（図１０中、左側）のみならず、追加スプリング４２側（図１０中、右側）にも突出させることができる。また、追加スプリング４２からの第２付勢力Ｆｓ２が加わる方向は、モータ反力Ｆｒの発生方向と同じにする。

図１０の第１変形例によれば、モータ３６の出力軸５８には常にモータ反力Ｆｒの生成方向への付勢力（第２付勢力Ｆｓ２）が働くこととなり、モータ動力Ｆｍを生成しない場合でも、動力付与装置２６における遊びを抑制することが可能となる。換言すると、遊び補償力Ｆｂをモータ３６ではなく、追加スプリング４２が生成している。従って、その後にモータ反力Ｆｒを生成する場合、モータ反力Ｆｒの生成の応答性を高めることが可能となる。

図１１では、図１０の構成においてモータ３６と追加スプリング４２との間に第２減速機９０を設けている。第２減速機９０は、追加スプリング４２の第２付勢力Ｆｓ２によるモータ３６の出力軸５８の回転角度を減少させるためのものである。これにより、第１変形例における効果に加え、追加スプリング４２による第２付勢力Ｆｓ２（ここでは、遊び補償力Ｆｂをも意味する。）を微調整し易くなる。

１０…車両
１２…アクセルペダル装置（反力ペダル装置）
２０…アクセルペダル（ペダル部材の一部）
２２…ペダル側アーム（ペダル部材の一部）
２６…動力付与装置（動力伝達系） ３６…モータ
４０…モータ側アーム（アーム部材） ７０…クラッチ
７２…減速機

Claims (3)

1. 運転者が操作するペダル部材と、
   前記ペダル部材に常に連結されたアーム部材を介して、前記ペダル部材に反力を付与するモータと、
   前記モータと前記アーム部材との間に設けられたクラッチと
   を備え、
   前記ペダル部材が戻されている途中において、前記ペダル部材の操作量と前記モータの回転角度との間にずれを生じさせるように前記クラッチを解放させる
   ことを特徴とする反力ペダル装置。
2. 請求項１記載の反力ペダル装置において、
   前記モータと前記アーム部材との間に減速機を備え、
   前記減速機の減速比は、前記アーム部材が変位可能範囲を変位するとき、前記モータの回転角度が３６０°以上となるように設定される
   ことを特徴とする反力ペダル装置。
3. 請求項１又は２記載の反力ペダル装置において、さらに、
   前記反力ペダル装置は、前記モータによる反力の発生方向に、前記モータとは別に付勢力を常に付与する付勢部材を有し、
   前記付勢部材は、前記アーム部材を前記ペダル部材に当接させるように付勢する
   ことを特徴とする反力ペダル装置。

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