JP2009083542A - 車両用の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】車両の運転者の操作量の変化に対して、機能装置の制御量を指数関数的に変化させる制御をおこなうにあたり、車両を取り巻く環境が変わっても、制御量の変化に対して、運転者が違和感を持つことを抑制できる、車両用の機能装置を提供する。
【解決手段】車両の乗員によって操作される操作装置と、操作装置の操作状態に基づいた機能を発生する機能装置と、操作装置の操作状態に基づいて、機能装置の目標機能を決定する目標機能決定装置と、決定された目標機能に基づいて、機能装置で発生する機能を制御するコントローラとを有する、車両用の制御装置において、操作装置における操作状態の変化に対して、目標機能決定装置で決定する目標機能の変化量を、指数関数を含む数式を用いて求める第1演算手段(ステップ2)と、数式で用いる指数として、車両がおかれる環境の変化に基づいて変更される変数を用いる第2演算手段(ステップS2)とを有する。
【選択図】図1

Description

この発明は、車両の乗員により操作装置が操作され、かつ、車両に搭載された機能装置の機能が変化するように構成された、車両用の制御装置に関するものである。
一般に、車両には操作装置および電子制御装置および機能装置が搭載されており、乗員により操作装置が操作されると、この操作装置の操作状態、および電子制御装置に記憶されているデータに基づいて、機能装置の目標機能を決定する制御がおこなわれる。このように、機能装置を電子制御装置により制御するように構成された、車両用の制御装置の一例が、特許文献1に記載されている。この特許文献1には、車両用の機能装置として操舵装置が記載されている。具体的に説明すると、運転者により操作される操舵ハンドルが設けられており、この操舵ハンドルは、操舵入力軸を介して反力アクチュエータに接続されている。また、操舵ハンドルの操舵角を検知する操舵角センサが設けられており、操舵角センサの信号が電子制御ユニットに入力される。この電子制御ユニットから出力された信号により第1の駆動回路が制御されて、第1の駆動回路により反力アクチュエータが制御される。このようにして、運転者の操舵ハンドルの回転操作に対して、反力アクチュエータが反力を付与する。一方、電子制御ユニットの信号は第2の駆動回路に入力され、第2の駆動回路により転舵アクチュエータが制御される。この転舵アクチュエータにより、車輪の転舵角が制御される。
そして、運転者によって操舵ハンドルが回転操作されると、操舵角センサによって操舵ハンドルの回転角である操舵角が検出され、反力アクチュエータにより付与される反力が制御される。具体的には、操舵ハンドルの操舵角の変化に対して、指数関数的に反力が制御される。特に、ウェーバー・ヘフナーの法則を利用して、反力を制御する点の記載がある。このウェーバー・ヘフナーの法則によれば、「人間の感覚量は与えられた刺激量の物理量の対数に比例する。」とされており、特許文献1では、この法則を利用して、操舵ハンドルの反力を制御している。その結果、操舵ハンドルの操作により発生する反力が、人間の知覚特性に合ったものとなり、運転者が違和感を持つことを抑制できるとされている。
特開2006−7843号公報
ところで、車両のおかれている環境が変化すると、運転者の知覚特性自体が変わる可能性がある。しかしながら、特許文献1に記載された車両の操舵装置では、車両のおかれている環境の変化に合わせて、運転者の知覚特性を推定することはできないため、その点で改善の余地が残されていた。
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、車両の運転者の操作量の変化に対して、機能装置の制御量を指数関数的に変化させる制御をおこなうにあたり、車両を取り巻く環境が変わっても、制御量の変化に対して、運転者が違和感を持つことを抑制できる、車両用の機能装置を提供する。
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、車両の乗員によって操作される操作装置と、この操作装置の操作状態に基づいた機能を発生する機能装置と、前記操作装置の操作状態に基づいて、前記機能装置の目標機能を決定する目標機能決定装置と、決定された目標機能に基づいて、前記機能装置で発生する機能を制御するコントローラとを有する、車両用の制御装置において、前記操作装置における操作状態の変化に対して、前記目標機能決定装置で決定する目標機能の変化量を、指数関数を含む数式を用いて求める第1演算手段と、前記数式で用いる指数として、前記車両がおかれる環境の変化に基づいて変更される変数を用いる第2演算手段とを有することを特徴とするものである。
請求項2の発明は、請求項1の構成に加えて、前記機能装置には、前記車両を走行させるための駆動力を発生する駆動装置が含まれており、前記目標機能決定装置により決定される目標機能には、前記車両の目標駆動力が含まれており、前記第1演算手段は、前記目標機能決定装置で決定される目標駆動力を、指数関数の数式を用いて変化させる手段を含むことを特徴とするものである。
請求項3の発明は、請求項1の構成に加えて、前記機能装置には、前記車両の車輪に制動力を与える制動装置が含まれており、前記目標機能決定装置により決定される目標機能には、前記車輪に与えられる制動力が含まれており、前記第1演算手段は、前記目標機能決定装置で決定される目標制動力を、指数関数の数式を用いて変化させる手段を含むことを特徴とするものである。
請求項4の発明は、請求項1の構成に加えて、前記機能装置には、前記車両に取り付けられた車輪の操舵角を制御する操舵角制御装置が含まれており、前記目標機能決定装置により決定される目標機能には、前記車輪の操舵角が含まれており、前記第1演算手段は、前記目標機能決定装置で決定される目標操舵角を、指数関数の数式を用いて変化させる手段を含むことを特徴とするものである。
請求項5の発明は、請求項1の構成に加えて、前記機能装置には、前記乗員が着座している室内の温度を制御する空調装置が含まれており、前記目標機能決定装置により決定される目標機能には、前記室内の目標温度が含まれており、前記第1演算手段は、前記目標機能決定装置で決定される目標温度を、指数関数の数式を用いて変化させる手段を含むことを特徴とするものである。
請求項1の発明によれば、車両の乗員によって操作装置が操作されると、この操作装置の操作状態に基づいて、機能装置の目標機能が決定される。ついで、機能装置で発生する機能は、前記目標機能に基づいてコントローラにより制御される。ここで、操作装置における操作状態の変化に対して決定する目標機能の変化量は、指数関数を含む数式を用いて求められる。このため、操作装置が操作された場合に、機能装置の機能から乗員が受ける感覚が、乗員による操作に適合したものになる。したがって、機能装置の機能の変化に対して、乗員が違和感を持つことを抑制できる。また、数式で用いる指数として、車両がおかれる環境の変化に基づいて変更される変数を用いるため、操作装置の操作状態の変化に対して、機能装置の機能の変化を、一層乗員の感覚に適合させやすくなる。
請求項2の発明によれば、請求項1の発明と同様の効果を得られる他に、操作装置が操作されて駆動装置が機能し、車両を走行させるための駆動力が発生する。したがって、操作装置の操作状態の変化に対して、車両の駆動力を指数関数的に変化させることができ、車両の駆動力が乗員の知覚特性に適合したものとなる。
請求項3の発明によれば、請求項1の発明と同様の効果を得られる他に、操作装置が操作されて制動装置が機能し、車輪に制動力が与えられる。したがって、操作装置の操作状態の変化に対して、車輪に与える制動力を指数関数的に変化させることができ、車両の減速度が乗員の知覚特性に適合したものとなる。
請求項4の発明によれば、請求項1の発明と同様の効果を得られる他に、操作装置が操作されて、車輪の操舵角が制御される。したがって、操作装置の操作状態の変化に対して、車輪の操舵角を指数関数的に変化させることができ、車両の旋回半径が乗員の知覚特性に適合したものとなる。
請求項5の発明によれば、請求項1の発明と同様の効果を得られる他に、操作装置が操作されて、空調装置により車両の室内の温度が制御される。したがって、操作装置の操作状態の変化に対して、室内の温度を指数関数的に変化させることができ、室内の温度変化が乗員の知覚特性に適合したものとなる。
この発明における車両は、駆動装置で発生する推力で地上を走行するものであり、この車両には、具体的には、乗用車、トラック、トレーラ、バスなどが含まれる。この発明において、車両には乗員、特に運転者が操作する操作装置が設けられている。この操作装置は、乗員の身体の一部で操作されるものであり、手または足のいずれにより操作される構成でもよい。また操作装置は、乗員から操作力が加えられる装置であり、その操作力が加えられて一定方向に動作する構成、または一体方向には動作しない構成のいずれでもよい。操作力が加えられて一定方向に動作する構成の操作装置としては、ハンドル、レバー、ペダル、ボタン、ノブなどが挙げられる。また、操作装置の動作態様としては、回転運動、往復運動が挙げられる。なお、回転運動には、予め定められた角度範囲内での回転が含まれる。操作装置が操作により一定方向に動作する場合、乗員が操作装置を引く操作、または乗員が操作装置を押す操作のいずれでもよい。これに対して、一定方向に動作しない構成の操作装置としては、感圧型のタッチパネル(液晶パネル)、流体が充填された密封袋または流体室を有する操作装置が挙げられる。ここで、流体としては気体および液体が挙げられる。
この発明における操作装置の「操作状態」には、操作量、操作速度、操作力などが含まれる。まず、操作量とは、操作装置の動作量(移動量)を意味している。例えば、操作装置が回転運動する構成である場合、操作装置の回転角度が、操作装置の操作量に相当する。また、操作装置が直線運動する構成である場合、操作装置の直線的な移動距離が操作量に相当する。これに対して、一定方向に動作しない操作装置が用いられている場合、操作装置に加えられる操作力(荷重)が判断される。
この発明において、機能装置には、駆動装置および制動装置および操舵角制御装置および空調装置および音響装置が含まれる。まず、駆動装置は、車両を走行させる推力を発生させる装置である。前記車両が地上を走行する場合は、駆動装置から車輪に伝達される動力が発生する。また、駆動装置には、動力源自体と、動力源から車輪に至る経路に配置される動力伝達装置とが含まれる。前記動力源は、動力を発生する装置であり、動力源には、エンジン、電動モータ、油圧モータ、フライホイールシステムなどが含まれる。そして、操作装置の操作により動力源の動力、具体的には、トルクおよび回転数が制御される。前記動力伝達装置は、動力源で発生した動力を車輪に伝達する装置であり、動力伝達装置には、変速機、流体伝動装置などが含まれる。そして、操作装置の操作により、変速機の変速比、変速機のトルク容量、流体伝動装置のトルク容量などの目標値が決定される。
また、前記制動装置は、車輪に制動力を与えて回転数の上昇を抑制し、あるいは回転数を低下させ、さらには、車速の上昇を抑制し、あるいは車速を低下させる装置である。この制動装置は、摩擦式ブレーキまたは電磁式ブレーキのいずれでもよい。さらに制動装置の構造としては、ディスクブレーキまたはドラムブレーキのいずれでもよい。なお、制動装置から車輪に与えられる制動力には、電動機の回生制動力も含まれる。そして、操作装置の操作状態に基づいて、制動装置の制動力が制御される。また、前記空調装置は、室内の温度を調整する装置であり、この空調装置には、エアコンディショナおよびヒータが含まれる。操作装置の操作状態に基づいて、空調装置が制御されて、室内の温度が調整される。前記操舵角制御装置は、車輪の操舵角が制御されて、車両の旋回半径が変化するように構成されている。前記音響装置には、室内に設けられているラジオ、ステレオ、オーディオビジュアルシステムなどが含まれる。そして、操作装置の操作に基づいて、音響装置の音声の大きさを切り替えられるように構成されている。
この発明において、車両がおかれている環境とは、車両が走行する道路の環境、車両が走行する周囲の雰囲気の環境、車両自体の状態などが含まれる。車両自体の状態とは、運転者により操作される機構が含まれる。これらの環境が変化すると、機能装置の機能が同じであっても、人間の感覚が違和感を持つ可能性がある。この発明における車両は、駆動力源の動力が前輪または後輪のいずれか一方の伝達される構成の二輪駆動車、駆動力源の動力が前輪および後輪に伝達される構成の四輪駆動車を含む。
つぎに、この発明の具体例を図面に基づいて説明する。この具体例では、走行体の一種である乗用車などの車両について説明する。図2は、車両1のパワートレーンの構成、および車両1の制御系統を示す概念図である。また、図3は、車両1のパワートレーンの構成を具体的に示した概念図である。図2および図3において、車両1には駆動力源としてエンジン2が搭載されている。このエンジン2は車輪(後輪)3に伝達される動力を出力する動力装置である。この図2および図3に示された車両1は、エンジン2から出力された動力が車輪(後輪)3に伝達されるように構成されたFR(フロントエンジン・リヤドライブ)型のものである。エンジン2は、燃料を燃焼させた場合に発生する熱エネルギを運動エネルギとして出力する熱機関であり、例えば内燃機関を用いることができる。内燃機関としては、具体的には、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、LPGエンジンなどを用いることができる。ここでは、便宜上、ガソリンエンジンを用いている場合について説明する。このエンジン1は、燃料噴射装置4、点火時期制御装置5、電子スロットルバルブ6などを有する公知のものである。燃料噴射装置により燃料噴射量を制御し、点火時期制御装置により点火時期を制御し、電子スロットルバルブ6の開度の制御により吸入空気量を制御することが可能である。そして、エンジン1における燃料噴射量または点火時期または吸入空気量のうち、少なくとも1つを制御することにより、エンジン出力(トルク×回転数)が制御されるように構成されている。
また、エンジン2から車輪3に至る動力伝達経路には、電動モータ7および流体伝動装置8ならびに変速機9が設けられている。電動モータ7は電気エネルギを運動エネルギに変換して出力する動力装置である。電気モータ7としては、直流モータまたは交流モータのいずれを用いてもよい。さらに、電動モータ7として、力行機能と回生機能とを兼備したモータ・ジェネレータを用いることも可能である。電動モータ7はロータ10およびステータ11を有しており、蓄電装置12がインバータ13を介在させて電動モータ7に接続されている。そして、ロータ10が、エンジン2のクランクシャフト14に動力伝達可能に接続されている。前記流体伝動装置8は、ポンプインペラ15とタービンランナ16との間で、流体の運動エネルギにより動力伝達をおこなう伝動装置である。そして、ポンプインペラ15が、クランクシャフト14に動力伝達可能に接続されている。さらに、タービンランナ16が変速機9の入力軸17に動力伝達可能に接続されている。この流体伝動装置8として、トルク増幅をおこなうことの可能なトルクコンバータが用いられている。
以下、便宜上、流体伝動装置8を「トルクコンバータ8」と記す。また、トルクコンバータ8には、ポンプインペラ15およびタービンランナ16に対して並列に、ロックアップクラッチ18が設けられている。このロックアップクラッチ18は、クランクシャフト14と入力軸17との間で、摩擦力により動力伝達をおこなう伝動装置である。この具体例では、ロックアップクラッチ18の係合・解放を制御するコントローラとして、油圧制御装置19が設けられている。この油圧制御装置19は、油圧回路、切替バルブ、ソレノイドバルブなどの要素を有する公知のものである。そして、油圧制御装置19は、油圧回路の油圧、ロックアップクラッチ18を係合させる係合用油圧室、ロックアップクラッチ18を解放させる解放油圧室の油圧を制御することが可能に構成されている。ロックアップクラッチ18を係合させると、クランクシャフト14と入力軸17との間で、摩擦力により動力伝達がおこなわれる。これに対して、ロックアップクラッチ18を解放させると、ポンプインペラ15とタービンランナ16との間で、流体の運動エネルギにより動力伝達がおこなわれる。また、ロックアップクラッチ18が解放された場合は、トルクコンバータ8でトルク増幅をおこなうことが可能である。前記変速機9は、入力軸17の回転数と出力軸20の回転数との比、つまり変速比を変更可能な伝動装置である。
この変速機9としては、有段変速機または無段変速機のいずれを用いてもよい。有段変速機とは、変速比を段階的(不連続)に変更可能な変速機である。無段変速機とは、変速比を無段階(連続的)に変更可能な変速機である。有段変速機としては、選択歯車式変速機、常時噛み合い式変速機、遊星歯車式変速機などを用いることが可能である。無段変速機としては、トロイダル型無段変速機、ベルト式無段変速機などを用いることが可能である。この具体例では、変速機9として有段変速機、特に、遊星歯車式変速機を用いた場合について説明する。すなわち、変速機9は、複数の遊星歯車機構21と、遊星歯車機構21の回転要素同士を接続するクラッチ、または回転要素の回転・停止を制御するブレーキなどの摩擦係合装置22を有している。この摩擦係合装置22を係合・解放させることにより、変速機9の変速比が変更されるように構成されている。この具体例では、摩擦係合装置22の係合・解放制御が、前記油圧制御装置19によりおこなわれるように構成されている。この変速機9としては、例えば、前進ポジションで、変速比が異なる4種類の変速段を選択的に切り替え可能な変速機を用いることが可能である。4種類の変速段とは、第1速、第2速、第3速、第4速であり、第1速の変速比は第2速の変速比よりも大きく、第2速の変速比は第3速の変速比よりも大きく、第3速の変速比は第4速の変速比よりも大きい。さらに、この具体例では、変速機9の出力軸20から車輪3に至る動力伝達経路が、プロペラシャフト23および終減速機24およびアクスルシャフト25により構成されている。
さらに、加速要求がある場合に乗員(運転者)により操作されるアクセルペダル26、減速要求がある場合に乗員により操作されるブレーキペダル33、変速機9の変速比の制御範囲を制御するために乗員により操作されるシフトレバー(図示せず)が設けられている。これらのアクセルペダル26、ブレーキペダル33、シフトレバーは車両1の室内に設けられている。また、アクセルペダル26の構成について説明すると、この具体例では、乗員がアクセルペダル26を足で踏んで操作する。このアクセルペダル26は、支持軸(図示せず)を中心として一定の角度範囲内で回転可能に構成されている。また、アクセルペダル26に踏力が与えられない場合は、予め定められた位置でアクセルペダル26が停止する構成を有している。アクセルペダル26に加えられる踏力が低下した場合は、反力発生装置(図示せず)の反力でアクセルペダル26が元の位置に戻されるように構成されている。さらに、ブレーキペダル33の構成について説明すると、この具体例では、乗員がブレーキペダル33を足で踏んで操作する。このブレーキペダル33は、支持軸(図示せず)を中心として一定の角度範囲内で回転可能に構成されている。また、ブレーキペダル33に踏力が与えられない場合は、予め定められた位置でブレーキペダル33が停止する構成を有している。ブレーキペダル33に加えられる踏力が低下した場合は、反力発生装置(図示せず)の反力でブレーキペダル33が元の位置に戻されるように構成されている。
さらに、車両1の室内にはステアリングホイール34が設けられており、ステアリングホイール34が、支持軸35を中心として回転可能に支持されている。また、ステアリングホイール34の操作に基づいて、車輪(前輪)36の操舵角度を制御する操舵角制御装置37が設けられている。この操舵角制御装置37は、ステアリングホイール34の操作量(回転角度)に対して、車輪36の操舵角を任意に調整することが可能に構成されている。さらに、操舵角制御装置37は、ステアリングホイール34の回転角度の変化量に対して、車輪36の操舵角の変化量を任意に調整することが可能に構成されている。この操舵角制御装置37としては、例えば、特開2007−190977号公報に記載されているように、電動モータ、ねじ部、ボールねじナットなどの公知の構造を用いることができる。そして、電動モータの出力を制御することにより、車輪36の操舵角を制御可能である。
さらに、ブレーキペダル33の操作により車輪3,36に制動力を与える制動装置が設けられている。この制動装置は、マスタシリンダ、油圧回路39、車輪2,36に設けられたホイールシリンダ40、油圧回路39を制御するブレーキ用電子制御装置38などから構成される公知のものである。このような制動装置により、ブレーキペダル33が踏み込まれると、ホイールシリンダ40の油圧が高められて、車輪3,36に与えられる制動力が増加する。これに対して、ブレーキペダル33に加えられる踏力が低下すると、ホイールシリンダ40の油圧が低下されて、車輪3,36に与えられる制動力が低下する。また、ホイールシリンダ40の油圧は、4個の車輪3,36について別個に制御可能である。なお、このような制動装置は、例えば、特開2007−153188号公報に記載されているように公知のものである。
さらに、車両1の室内の温度を制御するエアコンディショナ(以下、「エアコン」と記す)41が設けられている。このエアコン41は、コンプレッサ、コンデンサ、レシーバタンク、膨張弁、エバポレータ、配管、通気管、ダンパなどの要素を有する。コンプレッサは、エンジン2または電動機の動力で駆動されて冷媒を圧縮して吐出するものである。コンデンサは、コンプレッサにより圧縮された冷媒の熱を奪い、かつ、冷媒を液化する装置である。レシーバタンクは、コンデンサで液化された冷媒が流れ込み、かつ、冷媒をガスと液体に分離する装置である。膨張弁は、レシーバタンクから出る液冷媒が送られ、かつ、冷媒を急激に膨張させて低温・低圧とする装置である。エバポレータは、膨張弁で低温・低圧にされた冷媒が流れ込み、かつ、冷媒が蒸発するために必要な潜熱を、室内の空気から奪う装置である。配管は、エバポレータを通過した冷媒をコンプレッサに戻す機構である。通気管は、冷媒との間で熱交換がおこなわれた空気が通過する通路を形成する要素である。ダンパは、通気管の通気面積および通気量を制御する装置である。
そして、室内に設けられているコントロールパネル42の操作により、エアコン41における温度制御機能、空気吹き出し量、空気吹き出し位置などが制御されるように構成されている。すなわち、エアコン41は、公知の蒸気圧縮式の冷凍サイクルを構成しており、エアコン20により室内の温度が制御される。コントロールパネル42は、ボタン、レバー、ノブ、タッチパネル、液晶画面などを有する。このような構成のエアコン41は、例えば、「自動車の電子システム」(1992年8月5日発行・理工学社)の第155頁ないし158頁に記載されているように、公知のものを用いることが可能である。さらに、車両1の室内には、オーディオビジュアルシステム47が搭載されており、オーディオビジュアルシステム47は、スピーカ、アンテナ、液晶画面などを有する公知のものであり、コントロールパネル46の操作信号を、オーディオ用電子制御装置49で検知および処理して、スピーカの音声調節、FM・AMの切替などをおこなえるように構成されている。
ここで、車両1の制御系統を説明すると、コントローラとして電子制御装置28が設けられており、この電子制御装置28には、車速を示す信号、アクセルセンサー29の信号、エンジン回転数を示す信号、シフトポジションを示す信号、ブレーキペダル33の操作を示す信号、コントロールパネル42,46の操作を示す信号、ステアリングホイール34の回転方向および回転角度を示す信号、外気温度を検知するセンサの信号などが入力される。アクセルセンサー29は、アクセルペダル26に加えられる操作力(踏力)、およびアクセルペダル26の操作量、およびアクセルペダル26の操作速度を検知する装置である。また、この電子制御装置28には、エンジン2の出力を制御するマップおよびデータ、電動モータ7の出力を制御するデータおよびマップ、変速機9の変速比を制御するマップ、ロックアップクラッチ18の係合・解放を制御するマップおよびデータなどが、予め記憶されている。
また、この具体例では、電子制御装置28が、エンジン2を制御するエンジン用電子制御装置(エンジンECU)30、電動モータ7を制御するモータ用電子制御装置(モータECU)31、変速機9およびロックアップクラッチ18を制御する変速機用電子制御装置(AT−ECU)32およびブレーキ用電子制御装置38および操舵角制御用電子制御装置43およびエアコン用電子制御装置44およびオーディオ用電子制御装置49を有している。このブレーキ用電子制御装置38は、前記ブレーキペダル33の操作状態に基づいて、油圧回路39を制御して車輪3,36に与えられる制動力を制御するコントローラである。この油圧回路39は、ソレノイドバルブ、切替バルブなどを有する公知のものである。また、エアコン用電子制御装置44は、前記コントロールパネル42の操作状態に基づいて、エアコン41における吹き出し空気量、室内温度を制御するコントローラである。これらの電子制御装置同士の間で、相互に信号の授受がおこなわれる。
また、車両1にはナビゲーションシステム27が搭載されており、ナビゲーションシステム27の信号と電子制御装置28との間で信号の授受がおこなわれる。このナビゲーションシステム27は、各種のセンサ、外部記憶装置、受信機、コントローラなどを有している。このナビゲーションシステム27は、車両1の現在位置を検知する機能、車両1の目的地を入力する機能、車両1の目的地までの走行経路を検索または入力する機能、走行経路の状況および天候などを検知する機能、車両1の走行軌跡を記憶する機能などを有している。車両1の現在位置は、自律航法または電波航法により求めることが可能である。自律航法とは、車両1の現在位置を、車両1に搭載されている外部記憶装置(CD−ROM、DVDなど)に記録された地図データを基にして、地磁気センサ、車輪36の回転角度を検知する操舵角センサ、車輪3,36の回転速度を検知する回転速度センサなどの信号により求めるものである。
一方、電波航法とは、車両1の外部(地上、道路、宇宙空間など)に存在する外部設備と、車両1に搭載された受信機との間で信号の授受をおこない、地図上に置ける車両1の現在位置を検知するものである。電波航法では、GPS(グローバル・ポジショニング・システム:人工衛星)の電波(信号)、地上に設置されたビーコンまたはサインポストから発信される電波(信号)を受信して、車両1の現在位置を検知する。このようにして、地図上における車両1の現在位置を検知することにより、車両1の走行経路の前方の道路状況、具体的には、カーブ、登坂路、降坂路、砂利道、山道、路面の摩擦係数、市街地、渋滞の有無、天候、交通規則などを検知することができる。なお、ナビゲーションシステム27のコントロールパネルと、コントロールパネル46とを共通化することも可能である。
上記のように構成された車両1においては、エンジン2で燃料が燃焼されてそのエンジン2からトルクが出力されると、そのトルクはトルクコンバータ8および変速機9およびプロペラシャフト23および終減速機24およびアクスルシャフト25を経由して車輪3に伝達され、駆動力が発生する。また、電動モータ7に電力が供給されると、電動モータ7のトルクが上記と同様に車輪3に伝達される。この具体例に示す車両1は、エンジン2または電動モータ7のうち、少なくとも一方の動力を車輪3に伝達することのできるハイブリッド車である。具体的には、アクセルペダル26の踏み込み量、車速、シフトポジションなどのデータ、および電子制御装置28に記憶されているマップに基づいて、車両1における要求駆動力もしくは要求加速度が求められる。この要求駆動力に基づいて、エンジン2の目標出力および電動モータ7の目標出力が求められる。そして、エンジン2の実際の出力を目標出力に近づける制御、および電動モータ7の実際の出力を目標出力に近づける制御がおこなわれる。たとえば、駆動力を高める場合は、エンジントルクまたは電動モータ7のトルクを上昇させる制御をおこなうことができる。駆動力を高める場合は、変速機9の変速比を相対的に大きくする制御、ダウンシフトをおこなうことが可能である。また、ロックアップクラッチ18を解放させて、トルクコンバータ8でトルク増幅をおこなうと、車両の駆動力を高めることが可能である。
これに対して、駆動力を低下させる場合は、エンジントルクまたは電動モータ7のトルクを低下する制御をおこなうことができる。また、駆動力を低下させる場合は、変速機9の変速比を相対的に小さくする制御、アップシフトをおこなうことが可能である。また、ロックアップクラッチ18を係合させて、トルクコンバータ8でトルク増幅をおこなわないようにすると、車両の駆動力を低下させることが可能である。
つぎに、車両1の運転者により操作装置が操作されて、その操作装置の機能の変化量を制御する場合の概念を説明する。一般に、人間の感覚に関する法則として「ウェーバー(Weber )の法則」が知られている。このウェーバーの法則は、弁別閾ΔRと、刺激強度Rとの比は一定であるとするものであり、次式により表される。
ΔR/R=C=一定
この数式において「C」は、ウェーバー比であり、ウェーバー比は、刺激の強さや性質が変化したことを区別できる最小の差、または刺激の大小関係を区別できる最小の差を意味する。一方、ウェーバ−の法則が刺激の強さのみに注目していたのに対して、ヘフナー(Fechner )の法則も知られている。これは、感覚の大きさにも着目したものであり、感覚の微少な変化量をΔEとすると、弁別閾ΔRによって起こる変化量Δは一定であるとするものである。言い換えれば、感覚量は刺激強度の対数に比例するというものである。ヘフナーの法則は次式により表される。
ΔE=k・ΔR/R=一定
上記数式において、kは関数である。この具体例では、上記の2つの法則を利用して、乗員により操作される操作装置の操作状態に対して、機能装置における機能が、乗員の期待する機能特性(刺激)となるように、機能装置の機能を制御することが可能である。ここで、操作装置には、アクセルペダル26と、ブレーキペダル33と、ステアリングホイール34と、エアコン41のコントロールパネル42のスイッチまたはレバーまたはノブと、コントロールパネル46のスイッチまたはレバーまたはノブとが含まれる。また、操作量には、アクセルペダル26の踏み込み量または踏み込み速度または踏力と、ブレーキペダル33の踏み込み量または踏み込み速度または踏力と、ステアリングホイール34の回転角度または回転角度と、エアコン41のコントロールパネル42のスイッチまたはレバーまたはノブの、操作量または操作位置と、コントロールパネル46のスイッチまたはレバーまたはノブの、操作量または操作位置とが含まれる。さらにこの具体例では、アクセルペダル26の操作に対する車両1の駆動力が、機能装置の機能(刺激量もしく応答特性)に相当する。また、この具体例では、ブレーキペダル33の操作に対して車輪3,36に与えられる制動力が、機能装置の刺激量に相当する。また、ステアリングホイール34の操作に対する車輪36の操舵角が、刺激量に相当する。さらに、エアコン41のコントロールパネル42のスイッチまたはレバーまたはノブの操作に対する室内の温度が、機能装置の刺激量に相当する。また、コントロールパネル46のスイッチまたはレバーまたはノブの操作に対するスピーカの音量が、機能装置の刺激量に相当する。この具体例において、操作装置の操作特性(入力パラメータU)は、前記2つの法則を利用して数式1で表すことができる。
U=操作装置の変化量(弁別閾)Δu/操作量u ・・・(1)
また、操作装置の操作状態の変化量と、機能装置の機能の変化に対するウェーバー比Cが比例関係にあるときに、操作装置の操作に対して機能装置の機能の変化量を、良好な応答(刺激)と感じる。つまり、刺激の強さ(大きさ)に対するウェーバー比Cは、数式2で表される。
C=刺激の強さの変化量(弁別閾)Δy/刺激の強さy ・・・(2)
なお、上記操作量uと刺激yとの関係の一例を、図4に示す。図4に示すように、上記操作量uと刺激yとの関係は線形となる。一方、操作特性Uとウェーバー比Cとの関係が「C∝U」であるとすると、操作量uと刺激の強さyとの関係は、数式3または数式4または数式5で表すことができる。
Δy/y=k・Δu/u ・・・(3)
log(y)=k・log(u)+c ・・・(4)
または
y=c・u ・・・(5)
上記の数式に示された「log」は対数であり、数式3および数式4および数式5について、上記操作量uと刺激yとの関係の一例を、図5に示す。この図5に示すように、上記操作量uと刺激yとの関係は非線形となる。ここで、関数Kおよび関数Cは、共に定数としてもよいが、車両1のおかれている環境に基づいて設定される変数とすることができる。上記の数式1ないし数式5は、この具体例でおこなわれる制御の前提となる概念を表している。
つぎに、ウェーバーの法則およびヘフナーの法則を用いる制御例を具体的に説明する。ここでは、操作装置の操作量として、アクセルペダル26の操作量(アクセル開度)を採り上げ、機能装置の刺激量として、車両1における前後方向の加速度(要求加速度)を採り上げる。この場合も、前述の数式3および数式4および数式5と同様にして、アクセル開度Aと要求加速度αとの関係は、数式6および数式7で表される。また、数式8で表すこともできる。
Δα/α=k・ΔA/A ・・・(6)
log(α)=k・log(A)+c ・・・(7)
または
α=c・A ・・・(8)
このように、アクセル開度の変化に対する要求加速度の変化量を求めることができる。図6は、アクセル開度に基づいて、車両2における要求駆動力を求める場合の制御系を示すモデル図である。このアクセル開度に対する要求加速度は、静的特性(静特性)であり、これを動的特性(動特性)とする処理をおこなう。この場合、数式9を用いる。
α/ΔT=f(ωn、ζ) ・・・(9)
ここで、「ΔT」は「制御ルーチン1回の実行周期」であり、「ωn」は固有振動数であり、「ζ」は減衰係数であり、「f」は、「ωn」および「ζ」をパラメータとする関数を表す。
さらに、制御の2次遅れを仮定し動特性を決定する。この処理には、数式10および数式11を用いる。
(α・ω )/(s+2ζω+ω ) ・・・(10)
=μ・m・g+1/2C・ρ・B・V+m・g・sin(θ)
・・・(11)
ここで、数式11における左辺の「F」は車両1の走行抵抗を意味し、右辺の「μ・m・g」は、車輪3,36の転がり抵抗を意味し、右辺の「1/2C・ρ・B・V」は車両1の走行時における空気抵抗を意味し、右辺の「m・g・sin(θ)」は、路面の勾配抵抗を意味する。より具体的には、「μ」は摩擦係数であり、「m」は車体重量であり、「g」は重力加速度である。また、「C」は空気抵抗係数であり、「ρ」は空気密度であり、「B」は車両1の前面投影面積であり、「V」は車速である。なお、前面投影面積Bとは、車両1の高さ方向の平面内における面積である。このようにして、制御ルーチン1回あたりにおける要求加速度αの動特性を求め、ついで、要求駆動力Fを、数式12により求める。
=mα+F ・・・(12)
さらに、前記アクセル開度に基づいて要求加速度を求めるにあたり、数式7に代えて数式13用い、数式8に代えて数式14を用いることが可能である。
log(α)=k・log(A)+log(c(v)) ・・・(13)
α=c(v)・A ・・・(14)
この数式13および数式14は、関数cとして「定数」を用いず、「変数」、具体的には「車速をパラメータとする変数」を用いることを意味している。この数式13および数式14を用いた場合における、アクセル開度と要求加速度との関係の一例を、図7に示す。この図7においては、横軸に操作量の例としてアクセル開度が示され、縦軸に刺激量の例として要求加速度が示されている。この図7に示すように、アクセル開度が増加することにともない、要求加速度が増加する特性を有している。また、図7では複数の特性線が示されており、車速が異なると、アクセル開度が同じであっても要求加速度が異なる。具体的には、アクセル開度が同じであっても、車速が高くなることにともない、要求加速度が低くなる。なお、アクセル開度と要求加速度との関係を示す特生線の傾きは、いずれの車速においても同じであり、かつ、線形の特性である。さらに、前記アクセル開度に基づいて要求加速度を求めるにあたり、数式13に代えて数式15用い、数式14に代えて数式16を用いることが可能である。
log(α)=k(A)・log(A)+log(c(v))・・・(15)
α=c(v)・Ak(A) ・・・(16)
この数式15および数式16は、いずれも関数kとして「定数」を用いるのではなく、アクセル開度をパラメータとして変化する「変数」を用いることを意味している。この数式15および数式16を用いた場合における、アクセル開度と要求加速度との関係の一例を、図8に示す。この図8においても、横軸に操作量の例としてアクセル開度が示され、縦軸に刺激量の例として要求加速度が示されている。この図8に示すように、アクセル開度が増加することにともない、要求加速度が増加する特性を有している。また、図8においては、車速が異なると、アクセル開度が同じであっても要求加速度が異なる。具体的には、アクセル開度が同じであっても、車速が高くなることにともない、要求加速度が低くなる。また、アクセル開度が相対的に小さい領域で変化した場合において、要求加速度の変化量は、アクセル開度が相対的に大きい領域で変化した場合において、要求加速度の変化量よりも大きくなっている。このように、アクセル開度と要求加速度との関係を示す特性線は、アクセル開度の大きさにより異なる、すなわち、非線形の特性である。
以上のように、数式15および数式16を用いて、アクセル開度の変化量に対して、指数関数的に変化する要求加速度を求めることが可能である。実際の制御に際しては、数式15および数式16を用いてリアルタイムに要求加速度を算出してもよいし、電子制御装置28にマップを記憶しており、そのマップから要求加速度を読み出してもよい。ついで、図6のモデル図に示すように、要求加速度に基づいて要求駆動力を求め、その要求駆動力に基づいて、各種のコントローラを制御する。これは、予め電子制御装置28に、要求加速度と要求駆動力との関係を定めたマップを記憶しておき、そのマップを用いればよい。このような制御を実行すると、車両1の運転者の知覚特性もしくは期待値に沿った加速特性を得られ、運転者が違和感を持つことを抑制できる。特に、上記の数式15および数式16では、関数として定数ではなく変数を用いているため、一層運転者の感覚に適合した駆動力を得ることができる。すなわち、車両1の加速度が急激に変化することを抑制でき、運転者に不快感を与えることを回避できる。ここで、運転者の不快感とは、車両の加速度が急激に変化することにより生じるショック、加速度の頭打ち感などを意味する。なお、上記の説明では、アクセルペダル26の踏み込み量に対して、要求加速度を指数関数的に変化させる例について説明したが、アクセルペダル26の踏力の変化、踏み込み速度の変化に対して、要求加速度を指数関数的に制御することも可能である。
また、この具体例においては、ステアリングホイール34の操作量に対して、操舵角制御装置37の電動モータの出力を制御して、車輪36の操舵角を指数関数的に変化させることが可能である。この場合、前述した数式およびマップの説明において、操作量として説明した「アクセル開度」を、「ステアリングホイール34の回転角度またはステアリングホイール34の操作速度」に置き換え、刺激量として説明した「要求加速度」を、「要求操舵角」に置き換えればよい。このように、ステアリングホイール34の回転角度または回転速度の変化に対して、車輪36の操舵角を指数関数的に変化させることにより、車両1の旋回半径を、運転者の感覚に適合させることができる。したがって、車両1の平面方向における挙動もしくは運動、具体的には、ヨー加速度の変化量、横加速度の変化量などが、運転者の意図に沿って変化することとなる。さらに、ステアリングホイール34の操作量に対して、車輪36の操舵角を指数関数的に変化させる場合に、数式13ないし数式16に基づいて説明したように、関数として定数を用いるのではなく、変数を用いることも可能である。例えば、車速が相対的に高くなることにともない、ステアリングホイール34の操作量に対して、要求操舵角の変化量を相対的に小さくする制御を実行可能である。また、路面の摩擦係数が相対的に小さくなることにともない、ステアリングホイール34の操作量に対して、要求操舵角の変化量を相対的に小さくする制御を実行可能である。さらに、晴天の日と雨天の日とを比べて、雨天の日の方が、ステアリングホイール34の操作量に対して、要求操舵角の変化量を相対的に小さくする制御を実行可能である。この場合、車速、路面の摩擦係数、天候などの関数とすることができる。なお、摩擦係数、天候などのパラメータは、ナビゲーションシステム27の信号から判断可能である。このようにして、ステアリングホイール34の操作量に対して、車輪36の操舵角を指数関数的に変化させる制御をおこなう場合も、必要なデータをマップ化して電子制御装置28に記憶させておけばよい。
また、この具体例においては、ブレーキペダル33の操作量に対して、車輪3,36に与える制動力を指数関数的に変化させることも可能である。この場合、前述した数式およびマップの説明において、操作量として説明した「アクセル開度」を、「ブレーキペダル33の踏み込み量またはブレーキペダル33の踏み込み速度」に置き換え、刺激量として説明した「要求加速度」を、「要求制動力」に置き換えればよい。このように、ブレーキペダル33の踏み込み量または踏み込み速度の変化に対して、ホイールシリンダの油圧を上昇または低下させて、車輪3,36に与える制動力を指数関数的に変化(増加または減少)させることにより、車両1の旋回半径を、運転者の感覚に適合させることができる。したがって、車両1の減速度が運転者の意図に沿って変化することとなる。さらに、ブレーキペダル33の操作量に対して、車輪3,36に与える制動力を指数関数的に変化させる場合に、数式13ないし数式16に基づいて説明したように、関数として定数を用いるのではなく、変数を用いることも可能である。例えば、車速が相対的に高くなることにともない、車輪3,36に与える制動力を相対的に弱める制御を実行可能である。また、路面の摩擦係数が相対的に小さくなることにともない、車輪3,36に与える制動力を相対的に弱める制御を実行可能である。さらに、晴天の日と雨天の日とを比べて、雨天の日の方が、ブレーキペダル33の操作量に対して、制動力の変化量を相対的に小さくする制御を実行可能である。この場合、路面の摩擦係数、天候などのパラメータは、ナビゲーションシステム27の信号から判断可能である。このようにして、ブレーキペダル33の操作量に対して、車輪3,36に与える制動力を指数関数的に変化させる制御をおこなう場合も、必要なデータをマップ化して電子制御装置28に記憶させておけばよい。
また、この具体例においては、コントロールパネル46における音声調整ノブまたはレバーの操作量に対して、スピーカの音声を指数関数的に変化(大きく、または小さく)させることも可能である。この場合、前述した数式およびマップの説明において、操作量として説明した「アクセル開度」を、「音声調整ノブの操作量」に置き換え、刺激量として説明した「要求加速度」を、「要求音声」に置き換えればよい。このように、音声調整ノブまたはレバーの操作量の変化に対して、スピーカから出力される音声を指数関数的に変化させることにより、スピーカの音量変化を、運転者の感覚に適合させることができる。例えば、車両2が市街地を走行する場合のように、周囲の騒音が相対的に大きい場合は、車両2が郊外を走行する場合のように、周囲の騒音が相対的に小さい場合に比べて、ノブまたはレバーの操作量の変化に対して、音声の変化量を相対的に大きくする制御をおこなうことが可能である。このように、音声調整ノブまたはレバーの操作量の変化に対して、スピーカから出力される音声を指数関数的に変化させる制御をおこなう場合も、必要なデータをマップ化して電子制御装置28に記憶させておけばよい。
また、この具体例においては、コントロールパネル42における温度調整ノブまたはレバーの操作量に対して、エアコン41のダンパの開度を制御(増加・減少)することにより、吹き出し口から吐出される空気の温度を指数関数的に変化(上昇または低下)させることも可能である。この場合、前述した数式およびマップの説明において、操作量として説明した「アクセル開度」を、「温度調整ノブの操作量」に置き換え、刺激量として説明した「要求加速度」を、「要求温度」に置き換えればよい。このように、温度調整ノブの操作量の変化に対して、吹き出される空気の温度を指数関数的に変化させることにより、室内温度の変化を、運転者の感覚に適合させることができる。さらに、温度調整ノブの操作量に対して、吹き出し空気の温度を指数関数的に変化させる場合に、数式13ないし数式16に基づいて説明したように、関数として定数を用いるのではなく、変数を用いることも可能である。例えば、冷房要求があり、かつ、外気温が相対的に高い場合は、レバーまたはノブの操作量の変化に対して、温度変化量を相対的に大きくする制御をおこなうことができる。一方、暖房要求があり、かつ、外気温が相対的に低い場合は、レバーまたはノブの操作量の変化に対して、温度変化量を相対的に小さくする制御をおこなうことができる。この場合、外気温度は温度センサにより直接検知すること、または天候から間接的に判断することも可能である。このように、温度調整ノブまたはレバーの操作量に対して、温度変化を指数関数的に変化させる場合も、必要なデータをマップ化しておき、電子制御装置28に記憶させておけばよい。
ここで、この具体例で説明した構成と、この発明の構成との対応関係を説明すると、アクセルペダル26、ブレーキペダル33、ステアリングホイール34、コントロールパネル42,46のノブまたはレバーなど、運転者により操作される要素が、この発明における「操作装置」に相当し、エンジン2、ロックアップクラッチ18、トルクコンバータ8、電動モータ7、変速機9、エアコン41、オーディオビジュアルシステム47、操舵角制御装置37などの機構が、この発明における機能装置に相当し、電子制御装置28が、この発明における目標機能決定装置に相当し、油圧制御装置19、変速機用電子制御装置32、エアコン用電子制御装置44、操舵角制御用電子制御装置43、ブレーキ用電子制御装置38、オーディオ用電子制御装置49が、この発明におけるコントローラに相当する。
また、数式15および数式16が、この発明における数式に相当し、アクセル開度、車速、外気温度、天候、路面の摩擦係数などのパラメータが、この発明における「環境」に相当し、エンジン2、電動モータ7、変速機9、ロックアップクラッチ18、トルクコンバータ8が、この発明における駆動装置に相当し、ブレーキ用電子制御装置33およびホイールシリンダ40が、この発明における制動装置に相当し、車輪3,36が、この発明における車輪に相当し、操舵角制御装置37が、この発明における操舵角制御装置に相当し、エアコン41が、この発明における空調装置に相当する。なお、上記の具体例において、電子制御装置28に記憶されている各種のマップには、予め実験的に求められたデータ、あるいはシミュレーションによって得られたデータが記憶されている。
さらに、上記の具体例において説明した制御例のフローチャートを、図1により説明する。この具体例では、操作装置の操作状態を検知するセンサ、およびその他のスイッチやセンサの信号が、電子制御装置28で処理される(ステップS1)。このステップS1についで、操作装置における操作状態の変化に対して、機能装置の目標機能の変化量を、数式15および数式16を用いて求める(ステップS2)。特に、数式15および数式16では関数として変数を用いる。このステップS2の算出結果に基づいて、各種のコントローラを制御する信号が出力され(ステップS3)、この制御ルーチンを終了する。この図1に示された機能的手段と、この発明の構成との対応関係を説明すると、ステップS2が、この発明の第1演算手段および第2演算手段に相当する。
この発明の制御を車両で実行する制御例を示すフローチャートである。 この発明の制御を実行可能な車両の構成を示す概念図である。 図2に示す車両のパワートレーンの構成を具体化した概念図である。 この発明の制御において、操作量と刺激量との関係を示す特性線図である。 この発明の制御において、操作量と刺激量との関係を示す特性線図である。 この発明における制御系を示す模式図である。 この発明の制御において、操作量と刺激量との関係を示す特性線図である。 この発明の制御において、操作量と刺激量との関係を示す特性線図である。
符号の説明
1…車両、 2…エンジン、 7…電動モータ、 8…トルクコンバータ、 9…変速機、 18…ロックアップクラッチ、 19…油圧制御装置、 26…アクセルペダル、 28…電子制御装置、 32…変速機用電子制御装置、 33…ブレーキペダル、 34…ステアリングホイール、 37…操舵角制御装置、 42,46…コントロールパネル、 41…エアコン、 43…操舵角制御用電子制御装置、 47…オーディオビジュアルシステム、 49…エアコン用電子制御装置。

Claims (5)

  1. 車両の乗員によって操作される操作装置と、この操作装置の操作状態に基づいた機能を発生する機能装置と、前記操作装置の操作状態に基づいて、前記機能装置の目標機能を決定する目標機能決定装置と、決定された目標機能に基づいて、前記機能装置で発生する機能を制御するコントローラとを有する、車両用の制御装置において、
    前記操作装置における操作状態の変化に対して、前記目標機能決定装置で決定する目標機能の変化量を、指数関数を含む数式を用いて求める第1演算手段と、
    前記数式で用いる指数として、前記車両がおかれる環境の変化に基づいて変更される変数を用いる第2演算手段と
    を有することを特徴とする車両用の制御装置。
  2. 前記機能装置には、前記車両を走行させるための駆動力を発生する駆動装置が含まれており、前記目標機能決定装置により決定される目標機能には、前記車両の目標駆動力が含まれており、
    前記第1演算手段は、前記目標機能決定装置で決定される目標駆動力を、指数関数の数式を用いて変化させる手段を含むことを特徴とする請求項1に記載の車両用の制御装置。
  3. 前記機能装置には、前記車両の車輪に制動力を与える制動装置が含まれており、前記目標機能決定装置により決定される目標機能には、前記車輪に与えられる制動力が含まれており、
    前記第1演算手段は、前記目標機能決定装置で決定される目標制動力を、指数関数の数式を用いて変化させる手段を含むことを特徴とする請求項1に記載の車両用の制御装置。
  4. 前記機能装置には、前記車両に取り付けられた車輪の操舵角を制御する操舵角制御装置が含まれており、前記目標機能決定装置により決定される目標機能には、前記車輪の操舵角が含まれており、
    前記第1演算手段は、前記目標機能決定装置で決定される目標操舵角を、指数関数の数式を用いて変化させる手段を含むことを特徴とする請求項1に記載の車両用の制御装置。
  5. 前記機能装置には、前記乗員が着座している室内の温度を制御する空調装置が含まれており、前記目標機能決定装置により決定される目標機能には、前記室内の目標温度が含まれており、
    前記第1演算手段は、前記目標機能決定装置で決定される目標温度を、指数関数の数式を用いて変化させる手段を含むことを特徴とする請求項1に記載の車両用の制御装置。
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