JP4313243B2 - 車両用電気式操作装置 - Google Patents

Description

本発明は車両用電気式操作装置に係り、特に、ブレーキ操作等の要求操作が目標パターンに従って行われるようにする車両用電気式操作装置に関するものである。

操作ペダルの踏込みストロークを電気的に検出して、油圧装置や電動モータなどで所定の作動を行わせる車両用電気式操作装置が、車両の常用ブレーキペダル装置などで提案されている。このような電気式操作装置においては、リターンスプリングによる反力が作用するだけで踏込み反力が殆ど生じないため、従来の機械式操作装置に慣れている運転者にとっては踏込み操作が難しいという問題があった。このため、特許文献１では複数のばね部材とダンパを用いて非線形でヒステリシスを有する踏込み反力を付与するペダル反力装置が提案されており、特許文献２では、ばね部材によってペダル反力を付与するとともに、踏込み速度などの操作状態を電気的に検出して電動モータなどでばね受けの位置を変位させることにより、踏込み反力の変化パターンを変更する技術が提案されている。

特開２００３−２６１０１５号公報 特開２００２−３０８０８４号公報

しかしながら、このような従来の反力装置は、踏込み速度等の操作部材に対する操作状況に応じて反力が変更されるだけで、道路状況や天候状況、車速状況、車両状況などのブレーキ操作以外の運転環境については何等考慮されておらず、種々の運転環境の下で常に適切なブレーキ力が得られるようになっているとは言い難く、未熟な運転者でも常に適切なブレーキ力が得られるように容易に操作できるようにする上で未だ改善の余地があった。なお、このような問題は、電気式ブレーキ操作装置のみならず、アクセルペダル等の走行要求のための電気式操作装置についても同様に備えていることである。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、種々の運転環境下において適切な駆動力やブレーキ力が得られるように容易に操作できる車両用電気式操作装置を提供することにある。

かかる目的を達成するために、第１発明は、(a) 運転者の走行要求または制動要求に応じて操作される操作部材と、(b) その操作部材の反力を電気的に調整できる反力調整装置と、を有し、(c) その反力に抗して前記操作部材に加えられる要求操作に応じて電気的に駆動力またはブレーキ力を制御する車両用電気式操作装置において、(d) 運転者によって前記操作部材に加えられる要求操作に関する操作情報を検知する操作情報検知装置と、(e) 車両の運転環境に関する環境情報を検知する環境情報検知装置と、(f) その環境情報に基づいて、前記要求操作に関する前記操作情報についての一連の変化パターンである目標パターンを設定する目標パターン設定手段と、(g) その目標パターンに従って前記操作情報が変化するように前記要求操作が行われるように、その目標パターンと操作情報との偏差に基づいて、前記反力調整装置によって調整される前記反力を制御する運転支援手段と、を有することを特徴とする。

第２発明は、第１発明の車両用電気式操作装置において、(a) 前記操作部材は、運転者の制動要求に応じて操作されるブレーキ操作部材で、(b) 前記要求操作は、制動要求に応じてそのブレーキ操作部材に加えられるブレーキ操作であることを特徴とする。

第３発明は、第２発明の車両用電気式操作装置において、前記反力調整装置は、(a) 前記ブレーキ操作に伴って機械的に圧縮または引張されることにより、流体の流通抵抗に基づいて前記反力を付与するダンパ装置と、(b) 前記ブレーキ操作に伴って機械的に弾性変形させられることにより、その弾性変形に基づいて前記反力を付与するばね部材と、(c) そのばね部材のばね受け位置を電気的に変位させることにより、そのばね部材の弾性変形に基づいて発生する前記反力を調整する電気駆動装置と、を有するものであることを特徴とする。

第４発明は、第２発明または第３発明の車両用電気式操作装置において、(a) 前記操作情報検知装置は、前記ブレーキ操作部材に加えられる操作力を検知する操作力センサと、そのブレーキ操作部材の操作ストロークを検知するストロークセンサと、を含むもので、(b) 前記目標パターンは、前記操作力および前記操作ストロークから求められる所定のパラメータを用いて設定され、(c) 前記運転支援手段は、前記所定のパラメータが前記目標パターンに従って変化するように前記反力を制御することを特徴とする。

第５発明は、第４発明の車両用電気式操作装置において、前記操作力センサが２つ設けられていることを特徴とする。

第６発明は、第１発明〜第５発明の何れかの車両用電気式操作装置において、前記環境情報は、少なくとも道路状況、天候状況、車速状況、および車両状況に関する情報を含んでおり、前記目標パターンはその道路状況、天候状況、車速状況、および車両状況に関する情報に基づいて設定されることを特徴とする。

このような車両用電気式操作装置によれば、運転者の要求操作に関する操作情報および車両の運転環境に関する環境情報がそれぞれ検知されるとともに、その環境情報に基づいて要求操作に関する目標パターンが設定され、その目標パターンに従って要求操作が行われるように、操作情報に基づいて反力が制御されるため、種々の運転環境の下でそれぞれ容易に目標パターンに従って要求操作が行われるようになるとともに、その要求操作に応じて目標パターンに対応する適切（例えば理想的）な駆動力またはブレーキ力の制御が行われ、種々の運転環境下で良好な運転フィーリングが容易に得られる。

第２発明は電気式常用ブレーキ操作装置に関するもので、目標パターンに従ってブレーキ操作が行われるように、操作情報に基づいて反力が制御されるため、種々の運転環境の下でそれぞれ容易に目標パターンに従ってブレーキ操作が行われるようになるとともに、そのブレーキ操作に応じて目標パターンに対応する適切なブレーキ力の制御が行われる。

第３発明では、反力調整装置が、流体の流通抵抗に基づいて反力を付与するダンパ装置と、弾性変形に基づいて反力を付与するばね部材とを備えており、それ等のダンパ装置およびばね部材によって反力が機械的に付与されるが、ダンパ装置による反力はブレーキ操作の操作速度によって相違し、速操作時には遅操作時よりも大きな反力が機械的に付与されるとともに、ブレーキ操作時と戻し操作時とで反力が異なるヒステリシスが機械的に与えられるため、操作速度が異なる場合や戻し操作時も含めて従来の機械式ブレーキ操作装置に近い反力特性が容易に得られる。

また、上記第３発明の反力調整装置は、ばね部材のばね受け位置を電気駆動装置により電気的に変位させることにより、そのばね部材の弾性変形に基づいて発生する反力を調整するようになっているため、種々の運転環境に応じて設定される目標パターンに従ってブレーキ操作が行われるように反力をきめ細かく制御することが可能で、従来の機械式ブレーキ操作装置以上に適切な反力が得られてブレーキ操作が容易になる。ばね受け位置の変更で、ブレーキ操作部材の最大操作ストロークを変更することもできる。

第４発明では、操作力センサおよびストロークセンサによって操作力および操作ストロークを検知し、それ等の操作力および操作ストロークから求められる所定のパラメータが目標パターンに従って変化するように反力を制御するため、適切なブレーキ力が得られるブレーキ操作を容易に行うことができる。

第５発明では、上記操作力センサが２つ設けられているため、何れか一方が故障しても他方の操作力センサを用いて通常通りのブレーキ制御を行うことができるとともに、両方が故障しても前記ストロークセンサによって検知される操作ストロークに基づいてブレーキ制御を行うことが可能で、高いフェールセーフ機能が得られる。

第６発明は、環境情報として、少なくとも道路状況、天候状況、車速状況、および車両状況に関する情報を検知し、それ等の道路状況、天候状況、車速状況、および車両状況に関する情報に基づいて目標パターンが設定されるため、種々の運転環境下で適切な駆動力またはブレーキ力の制御が行われる要求操作を容易に行うことができる。

本発明の車両用電気式操作装置は、操作部材として操作ペダルを有する常用のブレーキ操作装置に好適に適用されるが、操作ペダル以外の操作部材を有するブレーキ操作装置や、走行要求を行うアクセル操作装置にも適用され得る。操作部材としては、足踏み操作されて支持軸まわりに回動させられる操作ペダルが好適に用いられるが、手動式やスライド式、或いは一定位置の押圧操作式などの他の型式の操作部材を採用することもできる。

操作部材に加えられる要求操作に応じて制御される駆動力やブレーキ力は、例えば操作ストロークに基づいて制御したり操作力に基づいて制御したり、或いは操作ストロークおよび操作力の両方を考慮して制御したり、条件により使い分けたりすることが可能である。操作ストロークを微分した操作速度や、操作力の変化率、操作ストロークと操作力との積である仕事量Ｄ、操作力と操作速度との積である仕事率、などを考慮して駆動力やブレーキ力を制御することもできる。

要求操作に関する操作情報は、上記操作ストロークや操作力、操作速度、操作力の変化率、仕事量Ｄ、仕事率などで、基本的には操作ストロークおよび操作力を検知することにより、他は演算で求めることができる。操作ストロークおよび操作力は、操作部材そのものの操作ストロークおよび操作力であることが望ましいが、操作部材に連動して変位する他の部材の移動ストロークや、操作力に対応して変化する他の部位の押圧荷重などを検知するようにしても良い。

第４発明では、操作ストロークおよび操作力を検知するようになっているが、他の発明の実施に際しては、操作ストロークおよび操作力の何れか一方のみを検知して運転支援手段による運転支援制御を行うことも可能で、例えば操作力をパラメータとして目標パターンを設定して反力を制御するなど、種々の態様が可能である。なお、操作力と反力は、作用反作用の関係を有するもので、基本的には向きが反対で同じ大きさになる。

上記目標パターンは、例えば種々の運転環境において理想的な駆動力やブレーキ力が得られるように定められ、ブレーキ力については、例えば制動距離が長くなって操作ペダルを２度踏みしたり、操作力や操作速度にむらが生じたり、制動距離が短くて再加速したりするなどの未熟な運転者においても、スムーズに減速して停止できるブレーキ操作が行われるように定められる。また、例えば操作部材の操作開始から操作が解除されるまでの一連の変化パターンとして、時間をパラメータとして設定されるが、踏込み操作などの入力操作時と、定常操作時と、操作を解除する戻し操作時とに分離して設定することもできるなど、種々の態様が可能である。

第４発明の所定のパラメータとしては、例えば操作力と操作ストロークとの積である仕事量Ｄが用いられ、実際の仕事量Ｄが目標パターンに従って変化するように反力が制御されるが、操作ストロークの変化率（操作速度）と操作力との積である仕事率など、操作ストロークおよび操作力を用いて求められる他のパラメータを使用することも可能である。

第４発明では、操作力および操作ストロークの両方を用いて求められる上記仕事量Ｄ等のパラメータを用いて目標パターンが設定されるが、他の発明の実施に際しては、例えば操作ストロークをパラメータとして目標パターンを設定し、実際の操作ストロークがその目標パターンに従って変化するように反力を制御するとともに、駆動力やブレーキ力をその操作ストロークに応じて制御するようにしても良い。

第４発明では、所定のパラメータ（仕事量Ｄなど）が目標パターンに従って変化するように反力が制御されるため、ブレーキ力についても、目標パターンに従って変化する上記所定のパラメータ（仕事量Ｄなど）に応じて制御されるようにすることが望ましい。但し、目標パターンとは異なるパラメータを用いて駆動力やブレーキ力を制御することも可能である。

反力調整装置は、第３発明のようにダンパ装置、ばね部材、および電気駆動装置を有して構成することが望ましいが、少なくとも操作部材に対して反力を付与できるとともに、その反力を電気的に調整できるものであれば良く、例えばばね部材と電気駆動装置だけでも良いし、電磁力によって反力を付与する電磁装置を採用することもできるなど、種々の態様が可能である。ばね部材のばね受け位置を変位させる電気駆動装置は、例えば電動モータにより送りねじを回転させてばね受け位置を直線往復移動させるように構成したり、電動モータによりカムを回転させてばね受け位置を往復移動させたりするなど、種々の態様が可能である。

上記ダンパ装置は、オリフィス等を流通する流体の流通抵抗によって踏込み反力を付与するもので、流体として例えばエア等のガスが封入されているガス式のものが好適に用いられるが、作動油等の液体やその他の流体が封入されているものを採用することもできる。操作部材の入力操作時には流体の流通を阻止するが、戻り時には流体の流通を許容する逆止弁を設け、踏込み操作時には上記オリフィス等により大きな流通抵抗を発生するが、戻り時には流通抵抗が小さく、操作部材がばね部材等により速やかに原位置まで戻されるようにすることもできる。

ばね部材としては、圧縮コイルスプリングや引張コイルスプリングが好適に用いられるが、捩りコイルスプリング等の他のばね部材を採用することもできる。エアスプリング等のガス圧式等のばね部材を用いることも可能である。このばね部材はリターンスプリングを兼ねていても良いが、リターンスプリングとは別個に配設することも可能である。

運転支援手段は、例えば目標パターンと操作情報（仕事量Ｄなど）との偏差の大きさに基づいて、その偏差が０となるように反力をフィードバック制御するように構成されるが、偏差の±に応じて反力を一定量ずつ増減するなど、種々の態様が可能である。

第３発明〜第５発明は、電気式常用ブレーキ操作装置に関するものであるが、操作部材が走行要求に応じて操作される電気式アクセル操作装置についても、同様の構成を採用することが可能である。

車両の運転環境に関する環境情報は、運転者の操作部材に対する要求操作以外の全ての情報で、ステアリング操作やシフトレバー操作など本件発明の操作部材以外の運転操作に関する情報や運転者自身の体調（心拍数や体温、疲労の状態など）も含む。第６発明では、少なくとも道路状況、天候状況、車速状況、車両状況に関する情報を検知するようになっているが、他の発明の実施に際してはそれ等の一部を検知して目標パターンを設定することもできる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例である車両用の電気式常用ブレーキ操作装置１０（以下、単にブレーキ操作装置１０という）を説明する図で、(a) は一部を断面で示す概略構成図、(b) はダンパ部の断面図である。このブレーキ操作装置１０は、車体に一体的に固設されるブラケット１２に設けられた略水平な支持軸１４の軸心Ｏまわりに回動可能に配設された操作ペダル１６と、反力調整装置１８と、コントローラ２０と、ブレーキ力発生装置２２とを備えており、操作ペダル１６は、制動要求に応じて運転者により踏込み操作されるブレーキ操作部材で、下端部には踏部（パッド）２４が設けられている。図２は、ブレーキ操作装置１０の要部を示す斜視図で、図３は反力調整装置１８を分解して示す斜視図である。なお、図１(a) の反力調整装置１８は断面であるがハッチング（断面部分の斜線）が省略されている。図４および図１９、図２０についても同様である。

反力調整装置１８は、操作ペダル１６に反力Ｆを付与するとともに、その反力Ｆを電気的に調整できるもので、操作ペダル１６とブラケット１２との間に直線的に配設されたダンパ装置２６、一対の圧縮コイルスプリング２８、２９、および電気駆動装置４６を備えている。ダンパ装置２６は、ブラケット１２に固定されたシリンダ３０と、そのシリンダ３０内に摺動可能に嵌合されるとともに一対の逆止弁付きオリフィス３２、３４が設けられたピストン３６と、そのピストン３６に一体的に設けられて操作ペダル１６に連結されたピストンロッド３８とを備えており、操作ペダル１６の踏込み操作すなわちブレーキ操作に伴ってピストンロッド３８が機械的にシリンダ３０内に押し込まれて圧縮され、ピストン３６がシリンダ３０内を移動させられることにより、オリフィス３２を流通する流体（実施例ではエア）の流通抵抗に基づいて反力を発生する。この反力は、ピストン３６の移動速度、すなわち操作ペダル１６の踏込み速度が大きい程大きくなる。また、操作ペダル１６の戻し操作時、すなわち踏込み操作力である踏力Ｆ_P が低下して、圧縮コイルスプリング２８、２９の付勢力に従ってピストンロッド３８を介して操作ペダル１６が原位置へ戻される際には、他方のオリフィス３４を流通する流体の流通抵抗によって反力が低減され、踏込み操作時に比べて反力が小さくなるヒステリシスが付与されるが、オリフィス３４はオリフィス３２よりも流通断面積が大きくて流通抵抗は小さく、操作ペダル１６が速やかに原位置へ復帰させられるようになっている。

圧縮コイルスプリング２８、２９はばね部材に相当するもので、圧縮コイルスプリング２８はピストンロッド３８とばね受け４０との間に配設されているとともに、圧縮コイルスプリング２９はピストン３６とシリンダ３０との間に配設されており、何れも操作ペダル１６の踏込み操作に伴って機械的に圧縮弾性変形させられることにより、その弾性変形に基づいて操作ペダル１６に反力を付与する。ばね受け４０は、電動モータ４２によって正逆両方へ回転駆動される送りねじ４４にボールナットを介して螺合されており、そのばね受け４０の位置が送りねじ４４の回転で変位させられることにより、圧縮コイルスプリング２８の弾性変形に基づいて発生する反力が調整される。すなわち、図４の(a) 、(b) は何れも操作ペダル１６が踏込み操作された状態であるが、(a) はばね受け４０が最も後退させられた状態で反力Ｆは最も小さくなる一方、(b) はばね受け４０が最も前進させられた状態で、圧縮コイルスプリング２８が最も大きく弾性圧縮変形されられて反力Ｆが最も大きくなる。電動モータ４２および送りねじ４４を含んで、電気的に反力Ｆを調整する電気駆動装置４６が構成されており、電動モータ４２はコントローラ２０によって制御される。ばね受け４０を所定位置に位置決めするために、常に電動モータ４２に通電して送りねじ４４の位相を位置決めするようにしても良いが、本実施例では、電動モータ４２を非通電にしても、圧縮コイルスプリング２８の付勢力で送りねじ４４が回転してばね受け４０が移動することがないように、その送りねじ４４のリードなどが定められている。

図５は、上記反力調整装置１８の踏込みストローク（操作ストローク）Ｓと反力Ｆとの関係を示すグラフで、踏込みストロークＳが０すなわち操作ペダル１６が原位置に保持されている状態の初期反力Ｆは、ブレーキシステムの構成に応じて適宜定められ、本実施例では例えば２０Ｎ程度とされている。また、その状態でばね受け４０は中間位置に保持されており、その中間位置から前後移動させられることにより、反力Ｆは、図５に斜線で示す範囲で上下に調整される。なお、この図５における反力Ｆは、操作ペダル１６の踏部２４における値である。

また、本実施例の反力調整装置１８は、流体の流通抵抗に基づいて反力を付与するダンパ装置２６を備えているため、ブレーキ操作の踏込み速度に応じて機械的に反力Ｆが変化し、速踏込み時には遅踏込み時よりも大きな反力Ｆが付与される。これに対し、前記特許文献２のように、ダンパ装置を設けることなく、踏込み速度に応じて電動モータでばね受け位置を変化させて反力特性を変更する場合、図６に実線で示す中間の特性が得られるように初期ばね受け位置を設定すると、踏込み速度が速い場合や遅い場合に一点鎖線や二点鎖線で示す特性に変化させようとしても、応答遅れにより反力Ｆは点線で示すように変化させられ、踏込み初期の反力が小さかったり大きかったりして、必ずしも良好な操作フィーリングが得られない。

ここで、ダンパ装置２６により踏込み速度に応じて得られる反力について、図７の模式図を参照しつつ具体的に説明する。図７において、ピストンロッド３８を介して移動させられるピストンの移動速度（ペダル踏込み速度に対応）をｖ₁ 、ピストンの断面積をＡ₁ 、ダンパ内の圧力をＰ₁ 、オリフィスを流通する流体の速度をｖ₂ 、オリフィスの断面積をＡ₂ 、ダンパの外側の圧力をＰ₂ 、流体の密度をρとすると、それ等の間には、ベルヌーイの定理により(1) 式および(2) 式が成立し、それ等の(1) 式および(2) 式から(3) 式が得られる。一方、反力調整装置１８によって付与される反力Ｆは、ダンパー反力ｆ₁ と前記圧縮コイルスプリング２８、２９によるばね反力ｆ₂ とを加算したもので、ダンパー反力ｆ₁ は圧力Ｐ₁ および断面積Ａ₁ を用いて次式(4) で表され、ばね反力ｆ₂ は、ばね定数ｋおよびピストンロッド３８の移動ストロークＳ_T を用いて次式(5) で表されるため、反力Ｆは(6) 式となる。なお、図７のＦ_x は操作ペダル１６からピストンロッド３８を介して反力調整装置１８に入力される入力荷重で、反力Ｆに対応して発生させられる。

そして、上記(3) 式においてρ、Ａ₁ 、Ａ₂ は、踏込み速度によって変化しないので、Ｐ₁ はｖ₁ ²に依存する。また、(5) 式において、初期移動ストロークＳ_T ≒０なので、ｆ₂ ≒０となり、結局、ペダル踏込み初期の反力Ｆは、(3) 式および(6) 式からｖ₁ ²に依存して変化させられ、踏込み速度に依存する。

図１に戻って、前記ブレーキ力発生装置２２は、車輪にブレーキ力を発生させるための油圧ブレーキや電動ブレーキなどで、そのブレーキ力は油圧制御やモータトルク制御などでコントローラ２０により電気的に制御される。また、前記操作ペダル１６と反力調整装置１８との間の荷重伝達経路には、操作力センサとして操作ペダル１６の踏込み操作力すなわち踏力Ｆ_P を検知する一対の荷重センサ５０、５２が設けられ、それぞれその踏力Ｆ_P を表す信号がコントローラ２０に供給されるとともに、ブラケット１２に配設されたストロークセンサ５４からは、操作ペダル１６の踏込みストロークＳ、すなわち軸心Ｏまわりの回動量、を表す信号がコントローラ２０に供給されるようになっている。これ等の踏力Ｆ_P および踏込みストロークＳは、何れも操作ペダル１６に加えられるブレーキ操作に関する操作情報で、荷重センサ５０、５２およびストロークセンサ５４は操作情報検知装置に相当する。

コントローラ２０にはまた、環境情報検知装置５６から運転環境に関する種々の環境情報を表す信号が供給されるようになっている。環境情報は、操作ペダル１６に対するブレーキ操作以外の種々の情報で、本実施例では道路状況、天候状況、車速状況、および車両状況に関する情報を含んでいる。道路状況は、山岳路（登り）、山岳路（下り）、ワインディング、標高、重力、気圧、道幅、カーブの大きさなどで、例えば勾配センサやヨーレイトセンサ、Ｇ（重力加速度）センサ、気圧計、カーナビゲーションシステムなどで検知できる。車両の駆動源の出力と車速などから道路勾配を検知することも可能である。天候状況は、雨、雪、氷、凍結路、気温、湿度、明るさ、風向、風力などで、雨滴センサや温度計、湿度計、照度計などで検知できる。車速状況は、高速、低速、渋滞などで、車速や車速変化などから判断できる。車両状況は、衝突、緊急、ブレーキの故障などで、距離センサ（レーダなど）や車速、アクセルの戻し速度、ブレーキの踏込み速度、ブレーキの油圧センサなどで検知できる。この他、操作ペダル１６の踏込み速度や踏力Ｆ_P などに基づいて運転者の疲労状態を検知し、環境情報として取り込むこともできる。

コントローラ２０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を有するマイクロコンピュータを含んで構成されており、予め定められたプログラムに従って信号処理を行うことにより、図８に示すブレーキ力制御手段６０、目標パターン設定手段６２、運転支援手段６４の各機能を実行する。ブレーキ力制御手段６０は、前記荷重センサ５０、５２から供給される踏力Ｆ_P と、ストロークセンサ５４から供給される踏込みストロークＳとを掛け算して仕事量Ｄ（＝Ｆ_P ×Ｓ）を求め、その仕事量Ｄに応じて所定のブレーキ力が発生するように前記ブレーキ力発生装置２２を制御する。また、目標パターン設定手段６２および運転支援手段６４は、未熟な運転者であっても種々の運転環境においてスムーズに減速して停止できる理想的なブレーキ操作が行われるように、ブレーキ操作時に所定の反力Ｆを操作ペダル１６に加えるためのもので、図９のフローチャートに従って信号処理を行うことにより、前記反力調整装置１８、具体的には電気駆動装置４６の電動モータ４２を制御する。図８の一連の信号処理のうち、ステップＳ１およびＳ２を実行する部分は目標パターン設定手段に相当し、ステップＳ４〜Ｓ６を実行する部分は運転支援手段に相当する。

図９のステップＳ１では、前記環境情報検知装置５６から環境情報を取り込み、ステップＳ２では、その環境情報に基づいて例えば図１０に実線で示す目標パターンを設定するとともに逐次更新する。図１０の目標パターンは、踏力Ｆ_P と踏込みストロークＳとを掛け算した仕事量Ｄをパラメータとして、スムーズに減速して停止できる理想的なブレーキ操作が行われるように定められ、本実施例では予め定められた基準の目標パターンを、例えば図１１に示すように環境情報に応じて適宜補正するようになっている。上記仕事量Ｄも、ブレーキ操作に関する操作情報である。図１１の入力の欄の踏力Ｆ_P 、踏込みストロークＳ、踏込み加速度は、各環境での運転者のペダル操作を予測したもので、斜め上向き矢印は通常走行時よりも大きくなることを意味し、斜め下向き矢印は通常走行時よりも小さくなることを意味している。ブレーキ力の欄の矢印も同じ意味で、各環境下でブレーキ力を通常よりも大きくすべきか否かを表している。そして、反力Ｆおよびヒステリシスは、目標パターンの仕事量Ｄに対応するもので、上記ブレーキ力に合わせて大きくするか小さくするかが定められており、これ等の反力Ｆおよびヒステリシスの変化に合わせて仕事量Ｄが補正される。反力Ｆとヒステリシスの相違は、反力Ｆは踏込み操作時のものであるのに対し、ヒステリシスは、操作ペダル１６の踏込み操作時と戻し操作時との反力Ｆの差で、大きい程戻し操作時の反力Ｆが小さくなって戻り速度が遅くなることを意味している。

図１２は、天候状況に関する環境情報の処理部分で、雨か雪か氷かそれ以外の通常天気かを判断し、各天候毎に定められた補正条件に従って目標パターンを補正する。図１１では天候状況に関する補正が省略されているが、雨の時には車両がスピンしないように目標パターンを補正する。また、雪や氷の時には車両がスピンしたり車輪がスリップしたりしないようにするとともに、疲労しないように反力Ｆを小さくする。

図１３は、道路状況に関する環境情報の処理部分で、山岳（登り）か山岳（下り）かワインディングか一般かを判断し、各道路状況毎に定められた補正条件に従って目標パターンを補正する。例えば山岳（登り）では、短い距離で確実に減速するため、図１１に示すように反力を高めて踏込み感を上げる一方、何時でも加速可能なようにヒステリシスを低めにする。また、山岳（下り）では、山岳（登り）と同様であるが、登りよりもシビアにする。ワインディング（平地）も、山岳（登り）、山岳（下り）と同様であるが、それ等の中間的な特性とされる。

図１４は、車速状況に関する環境情報の処理部分で、高速か低速か渋滞か通常かを判断し、各車速状況毎に定められた補正条件に従って目標パターンを補正する。例えば高速時には、短い距離で確実に減速することが要求されるため、図１１に示すように反力Ｆを高くして踏込み感を上げる。低速時には、ゆっくりスムーズに停止することが要求されるため、反力Ｆを低めにして負担や疲労感を軽減する。また、渋滞時には、速く滑らかに停止することが要求されるため、操作ペダル１６から足を離しても直ちにブレーキ力が完全に解除されないように、ヒステリシスを高めにするとともに、疲労しないように反力Ｆを低めにする。

図１５は車両状況および運転者の疲労に関する環境情報の処理部分で、衝突か緊急か故障か疲労か通常かを判断し、各車両状況毎、或いは疲労状態か否かによって定められた補正条件に従って目標パターンを補正する。例えば衝突時には、あらゆるブレーキ操作に対して確実に停止することが要求されるため、操作ペダル１６から足を離しても直ちにブレーキが解除されないように、図１１に示すようにヒステリシスを大きくする。緊急時には、短い停止距離で速く減速、停止することが要求されるため、非力な運転者でも確実に減速、停止できるように、反力Ｆを小さくするとともにヒステリシスを大きくする。故障時には、センサやモータ等の電子部品の故障時に速く確実に減速、停止することが要求されるため、反力Ｆを小さくするとともにヒステリシスを大きくする。疲労時には、反応が遅くなるので、速く負担を掛けずに停止することができるように、反力Ｆを小さくするとともにヒステリシスを大きくする。

なお、図１２〜図１５では、天候状況、道路状況、車速状況、車両状況等に分けて説明したが、例えば雨で山岳（登り）で疲労状態の場合など、複数の補正条件に該当する場合には、目標パターンは重複して補正される。但し、目標パターンが極端に変化しないように、上下限を設定しておいても良い。また、それぞれの環境情報の程度（大きさなど）により、目標パターンを複数段階で補正するようにしても良い。

図９に戻って、ステップＳ３では運転者（ドライバー）により制動要求、すなわち操作ペダル１６が踏込み操作されたか否かを、荷重センサ５０、５２によって検知される踏力Ｆ_P やストロークセンサ５４によって検知される踏込みストロークＳに基づいて判断する。そして、制動要求が無ければステップＳ１以下を繰り返し、運転環境の変化に応じて目標パターンを逐次更新する一方、制動要求があった場合には、ステップＳ４以下を実行し、運転環境に応じて適切なブレーキ力が得られるように反力Ｆを制御してブレーキ操作を支援する。

ステップＳ４では、荷重センサ５０または５２によって検知される踏力Ｆ_P およびストロークセンサ５４によって検知される踏込みストロークＳを掛け算することにより、実際の仕事量Ｄを算出する。ステップＳ５では、前記ステップＳ３で設定された仕事量Ｄに関する目標パターンと実際の仕事量Ｄとを比較して偏差ΔＤを求め、ステップＳ６では、偏差ΔＤが０となるように偏差ΔＤの大きさに応じて前記電動モータ４２をフィードバック制御し、前記ばね受け４０を移動させて反力Ｆを調整する。図１０は、このようなフィードバック制御の一例を説明するタイムチャートで、実線は目標パターン、破線は実際の仕事量Ｄ、一点鎖線は反力Ｆの補正量であり、実際の仕事量Ｄが目標パターンより大きい場合は、偏差ΔＤの大きさに応じて反力Ｆが小さくなるように電動モータ４２を駆動し、実際の仕事量Ｄが目標パターンより小さい場合は、偏差ΔＤの大きさに応じて反力Ｆが大きくなるように電動モータ４２を駆動することにより、運転者のペダル操作の仕事量Ｄが目標パターンに従って変化するようにブレーキ操作を行わせるのである。すなわち、反力Ｆが小さくなると操作ペダル１６が踏込み易くなり、反力Ｆが大きくなると操作ペダル１６が踏込み難くなるため、これによりペダル操作の仕事量Ｄが目標パターンに従って変化するようにブレーキ操作を行わせることができるのである。

次のステップＳ７では、車両が停止したか或いは操作ペダル１６の踏込み操作が解除されたか否かを判断し、車両停止または踏込み解除の場合は一連の運転支援制御を終了するが、車両が走行中で且つ操作ペダル１６が踏込み操作されたままの場合は、ステップＳ１以下を繰り返し実行し、運転環境に応じて目標パターンを逐次更新しながら実際の仕事量Ｄが目標パターンに従って変化するように反力Ｆをフィードバック制御する。

これにより、制動距離が長くなって操作ペダル１６を２度踏みしたり、踏力Ｆ_P や踏込み速度にむらが生じたり、制動距離が短くて再加速したりするなどの未熟な運転者においても、スムーズに減速して停止できる理想的なブレーキ操作を容易に行うことができるようになる。図１６は、踏込み速度が速い場合に図９のフローチャートに従って運転支援制御が行われた場合の各部の変化を示すタイムチャートの一例で、図１７は、踏込み速度が遅い場合に図９のフローチャートに従って運転支援制御が行われた場合の各部の変化を示すタイムチャートの一例である。

このように、本実施例のブレーキ操作装置１０においては、運転者のブレーキ操作に関する操作情報（踏力Ｆ_P および踏込みストロークＳ）および車両の運転環境に関する環境情報（天候状況、道路状況、車速状況、車両状況など）がそれぞれ検知されるとともに、その環境情報に基づいてブレーキ操作に関する目標パターンが設定され、その目標パターンに従ってブレーキ操作が行われるように反力調整装置１８の反力Ｆが制御されるため、種々の運転環境の下でそれぞれ容易に目標パターンに従ってブレーキ操作が行われるようになるとともに、そのブレーキ操作に応じて目標パターンに対応する理想的なブレーキ力の制御が行われ、常に良好な運転フィーリングが得られる。

また、反力調整装置１８は、流体の流通抵抗に基づいて反力を付与するダンパ装置２６と、弾性変形に基づいて反力を付与する圧縮コイルスプリング２８、２９とを備えており、それ等のダンパ装置２６および圧縮コイルスプリング２８、２９によって反力Ｆが機械的に付与されるが、ダンパ装置２６による反力はブレーキ操作の踏込み速度によって相違し、速踏込み時には遅踏込み時よりも大きな反力Ｆが機械的に付与されるとともに、踏込み操作時と戻し操作時とで反力Ｆが異なるヒステリシスが機械的に与えられるため、踏込み速度が異なる場合や戻し操作時も含めて従来の機械式ブレーキ操作装置に近い反力特性が容易に得られる。

また、上記反力調整装置１８は、圧縮コイルスプリング２８のばね受け４０の位置を電気駆動装置４６により電気的に変位させることにより、その圧縮コイルスプリング２８の弾性変形に基づいて発生する反力を調整するようになっているため、種々の運転環境に応じて設定される目標パターンに従ってブレーキ操作が行われるように反力Ｆをきめ細かく制御することが可能で、従来の機械式ブレーキ操作装置以上に適切な反力Ｆが得られてブレーキ操作が容易になる。

また、荷重センサ５０、５２およびストロークセンサ５４によって踏力Ｆ_P および踏込みストロークＳを検知し、それ等の踏力Ｆ_P および踏込みストロークＳから求められる所定のパラメータとして仕事量Ｄを用いて目標パターンが定められるとともに、ブレーキ力制御手段６０は仕事量Ｄに応じてブレーキ力を制御するため、反力Ｆの制御で目標パターンに従って仕事量Ｄが変化するようにブレーキ操作が行われることにより、その目標パターンに対応する理想的なブレーキ力制御が行われるようになり、運転者は、そのような理想的なブレーキ操作を容易に行うことができる。

また、本実施例では操作力センサとして一対の荷重センサ５０、５２が設けられているため、何れか一方が故障しても他方の荷重センサを用いて通常通りのブレーキ制御を行うことができるとともに、両方が故障しても前記ストロークセンサ５４によって検知される踏込みストロークＳに基づいてブレーキ制御を行うことが可能で、高いフェールセーフ機能が得られる。

図１８は、電動モータ４２、ダンパ装置２６、荷重センサ５０、５２、ストロークセンサ５４の故障「×」に対して、反力Ｆ、ヒステリシス、およびブレーキ制御が可能「○」か否「×」かをまとめて示した図で、一番下の欄に示すように３つのセンサ５０、５２、５４が何れも故障した場合以外はブレーキ制御が可能である。図中の「※１」は、電動モータ４２の故障で反力Ｆを調整することはできないが、一対の圧縮コイルスプリング２８、２９により最低限の反力Ｆは確保できる。「※２」は、荷重センサ５０、５２が共に故障した場合でも、ストロークセンサ５４の検出値が規定量を越えた時点で、操作ペダル１６を踏み込んでいると判断してブレーキ制御を行うことができる。

この他、電動モータ４２や各センサ５０、５２、５４の故障チェックの為に、電動モータ４２のモータトルク（電流値）、踏力Ｆ_P の検出値、踏込みストロークＳの検出値について常に監視する。また、ダンパ装置２６の内圧を検知する圧力センサを設け、その内圧から踏込み速度を検知して、他のセンサの異常判定を行ったり、踏込みストロークＳから求まる踏込み速度を補正したりすることもできる。

一方、電気系統の故障で電動モータ４２が暴走し、ばね受け４０が図１の右方向へ移動して圧縮コイルスプリング２８が圧縮された場合、ダンパ装置２６内の機構により機械的にストッパが働き、荷重センサ５０、５２の検知値（踏力Ｆ_P ）が上がることはなく、検知やブレーキ制御を問題なく行うことができる。但し、反力Ｆは大きくなる。電動モータ４２のモータトルク（モータ電流）は検出されるが、踏力Ｆ_P の検知値が０で踏込みストロークＳの検知値も０である場合にモータ暴走と判断できる。

また、電動モータ４２の暴走でばね受け４０が図１の左方向へ移動し、それに伴って圧縮コイルスプリング２８、更にはピストンロッド３８が左方向へ引っ張られた場合、モータトルク（モータ電流）および踏込みストロークＳの検知値は所定の値を示すが、踏力Ｆ_P の検知値は０であるので、モータ暴走と判断できる。この場合は、踏力Ｆ_P の検知値に基づいてブレーキ制御を行うことができる。

なお、前記実施例では反力調整装置１８が操作ペダル１６よりも車両前方側に配設されていたが、操作ペダル１６よりも車両後側や上方に反力調整装置を設けることもできる。図１９、図２０に示す反力調整装置７０、７２のように上下方向に設置することも可能である。図１９、図２０では、前記実施例と同一の機能を果たす部分に同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

本発明が適用された車両用電気式常用ブレーキ操作装置の一例を説明する図で、(a) は概略構成図、(b) はダンパ部の拡大断面図である。 図１の実施例の要部を示す斜視図である。 図１の実施例の反力調整装置を分解して示す斜視図である。 図１の実施例において操作ペダルが踏込み操作された状態を示す図で、(a) は反力が小さくなるように調整された場合で、(b) は反力が大きくなるように調整された場合である。 図１の実施例の反力調整装置による踏込みストロークＳと反力Ｆとの関係の一例を示す図である。 ダンパ装置を設けることなく、踏込み速度に応じて電動モータでばね受け位置を変化させて反力特性を変更する従来の反力調整装置の応答遅れを説明する図である。 踏込み速度に応じて変化するダンパ装置の反力を説明する際の各種のパラメータを説明する参考図である。 図１の実施例の制御系統を説明するブロック線図である。 図８の目標パターン設定手段および運転支援手段によって実行されるブレーキ操作支援制御を具体的に説明するフローチャートである。 図９のフローチャートに従って制御される反力Ｆの補正量を目標パターンと共に示すタイムチャートの一例である。 図９のステップＳ２で各種の環境情報に応じて目標パターンを設定する際の処理内容を説明する図である。 図９のステップＳ２で環境情報の一つである天候状況について判断する部分を具体的に示すフローチャートである。 図９のステップＳ２で環境情報の一つである道路状況について判断する部分を具体的に示すフローチャートである。 図９のステップＳ２で環境情報の一つである車速状況について判断する部分を具体的に示すフローチャートである。 図９のステップＳ２で環境情報の一つである車両状況や疲労について判断する部分を具体的に示すフローチャートである。 操作ペダルの踏込み速度が速い時に図９のフローチャートに従ってブレーキ操作支援制御が行われた場合の各部の変化を示すタイムチャートの一例である。 操作ペダルの踏込み速度が遅い時に図９のフローチャートに従ってブレーキ操作支援制御が行われた場合の各部の変化を示すタイムチャートの一例である。 図１の実施例のフェールセーフ機能を説明する図である。 本発明の他の実施例を説明する概略構成図で、図１の(a) に対応する図である。 本発明の更に別の実施例を説明する概略構成図で、図１の(a) に対応する図である。

符号の説明

１０：車両用電気式常用ブレーキ操作装置（車両用電気式操作装置） １６：操作ペダル（操作部材） １８、７０、７２：反力調整装置 ２６：ダンパ装置 ２８、２９：圧縮コイルスプリング（ばね部材） ４６：電気駆動装置 ５０、５２：荷重センサ（操作情報検知装置） ５４：ストロークセンサ（操作情報検知装置） ５６：環境情報検知装置 ６２：目標パターン設定手段 ６４：運転支援手段 Ｆ：反力 Ｆ_P ：踏力（操作力） Ｓ：踏込みストローク（操作ストローク）
ステップＳ１、Ｓ２：目標パターン設定手段
ステップＳ４〜Ｓ６：運転支援手段

Claims (6)

1. 運転者の走行要求または制動要求に応じて操作される操作部材と、
   該操作部材の反力を電気的に調整できる反力調整装置と、
   を有し、該反力に抗して前記操作部材に加えられる要求操作に応じて電気的に駆動力またはブレーキ力を制御する車両用電気式操作装置において、
   運転者によって前記操作部材に加えられる要求操作に関する操作情報を検知する操作情報検知装置と、
   車両の運転環境に関する環境情報を検知する環境情報検知装置と、
   該環境情報に基づいて、前記要求操作に関する前記操作情報についての一連の変化パターンである目標パターンを設定する目標パターン設定手段と、
   該目標パターンに従って前記操作情報が変化するように前記要求操作が行われるように、該目標パターンと該操作情報との偏差に基づいて、前記反力調整装置によって調整される前記反力を制御する運転支援手段と、
   を有することを特徴とする車両用電気式操作装置。
2. 前記操作部材は、運転者の制動要求に応じて操作されるブレーキ操作部材で、
   前記要求操作は、制動要求に応じて該ブレーキ操作部材に加えられるブレーキ操作である
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用電気式操作装置。
3. 前記反力調整装置は、
   前記ブレーキ操作に伴って機械的に圧縮または引張されることにより、流体の流通抵抗に基づいて前記反力を付与するダンパ装置と、
   前記ブレーキ操作に伴って機械的に弾性変形させられることにより、該弾性変形に基づいて前記反力を付与するばね部材と、
   該ばね部材のばね受け位置を電気的に変位させることにより、該ばね部材の弾性変形に基づいて発生する前記反力を調整する電気駆動装置と、
   を有するものであることを特徴とする請求項２に記載の車両用電気式操作装置。
4. 前記操作情報検知装置は、前記ブレーキ操作部材に加えられる操作力を検知する操作力センサと、該ブレーキ操作部材の操作ストロークを検知するストロークセンサと、を含むもので、
   前記目標パターンは、前記操作力および前記操作ストロークから求められる所定のパラメータを用いて設定され、
   前記運転支援手段は、前記所定のパラメータが前記目標パターンに従って変化するように前記反力を制御する
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の車両用電気式操作装置。
5. 前記操作力センサが２つ設けられている
   ことを特徴とする請求項４に記載の車両用電気式操作装置。
6. 前記環境情報は、少なくとも道路状況、天候状況、車速状況、および車両状況に関する情報を含んでおり、前記目標パターンは該道路状況、天候状況、車速状況、および車両状況に関する情報に基づいて設定される
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の車両用電気式操作装置。

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