JP2015074369A - 前後加速度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アクセル操作子の中立位置付近における前後加速度を滑らかに繋げることができる前後加速度制御装置を提供する。
【解決手段】 コントローラ8は、前後Gコントロールペダル4のペダル開度が中立点付近にある場合、駆動トルクと制動トルクとを同時に発生させ、駆動トルクと制動トルクとの和により発生する車両の前後加速度が目標前後加速度となるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、前後加速度制御装置に関する。

特許文献１には、アクセルペダルにブレーキペダルの機能を持たせ、アクセル開度が所定の中立位置よりも小さな領域ではアクセルペダルを踏み戻すほど大きな減速度を発生させ、中立位置よりも大きな領域ではアクセルペダルを踏み増すほど大きな加速度を発生させる技術が開示されている。

特開2000-205015号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、アクセルペダルに対し加速側にエンジン、減速側にブレーキなど、異なるアクチュエータを組み合わせた場合、アクチュエータの応答初期の遅れなどに起因して、中立位置付近で前後加速度が滑らかに繋がらないという問題があった。
本発明の目的は、アクセル操作子の中立位置付近における前後加速度を滑らかに繋げることができる前後加速度制御装置を提供することにある。

本発明では、アクセル操作子が中立位置付近にある場合、駆動トルクと制動トルクとを同時に発生させ、駆動トルクと制動トルクとの和により発生する車両の前後加速度が目標前後加速度となるようにする。

よって、アクセル操作子の中立位置付近における前後加速度を滑らかに繋げることができる。

実施例１の前後加速度制御装置を適用した車両のシステム構成図である。 コントローラ8に実装されるプログラムの機能ブロック図である。 ペダル開度に応じた目標前後加速度の設定マップである。 制動側静的補正量の算出方法を示す図である。 動的補正量の算出方法を示す図である。 動的補正量算出処理の流れを示すフローチャートである。 ペダル開度操作に応じた制動側目標前後Gと駆動側目標前後Gのタイムチャートである。 ペダル開度操作に応じた制動指令値とトルク指令値のタイムチャートである。 ドライバが前後Gコントロールペダル4を減速側から加速側へ操作したときの車両挙動シミュレーション結果を示すタイムチャートである。

〔実施例１〕
図１は、実施例１の前後加速度制御装置を適用した車両のシステム構成図である。
実施例１の前後加速度制御装置は、駆動コントロールユニット1と、駆動用アクチュエータ2と、制動用アクチュエータ3と、前後Gコントロールペダル（アクセル操作子）4と、開度センサ5と、車輪速センサ6と、Gセンサ7と、コントローラ（前後加速度制御手段）8と、とを備える。
駆動コントロールユニット1は、コントローラ8から出力されたトルク指令値に応じて、駆動用アクチュエータ2に対しアクセル開度指令を出力する。
駆動用アクチュエータ2は、例えばエンジンであり、駆動コントロールユニット1から出力されたアクセル開度指令に応じた駆動トルクを発生させる。
制動用アクチュエータ3は、コントローラ8から出力された制動指令値に応じて、各ホイルシリンダ9のブレーキ液圧を調整する。なお、各ホイルシリンダのブレーキ液圧は、ドライバのブレーキペダル（不図示）の踏み込み量に応じて増減される。

前後Gコントロールペダル（アクセル操作子）4は、アクセルペダルにブレーキペダルの機能を持たせたもので、ペダル開度ゼロから最大ペダル開度までの範囲でドライバにより踏み増しおよび踏み戻し操作される。
開度センサ5は、前後Gコントロールペダル4の開度をセンシングし、コントローラ8へ送信する。
車輪速センサ6は、各車輪の回転速度をセンシングし、コントローラ8へ送信する。
Gセンサ7は、車両の横Gおよび前後Gをセンシングし、コントローラ8へ送信する。
コントローラ8は、開度センサ5、車輪速センサ6およびGセンサ7からの信号に基づき、制動指令値およびトルク指令値を生成、出力する。

図２は、コントローラ8に実装されるプログラムの機能ブロック図である。
目標前後加速度算出部（目標前後加速度演算手段）20は、ペダル開度から目標前後加速度（目標前後G）Xg_nを算出する。目標前後Gの算出には、例えば図３に示すマップを用いる。図３は、ペダル開度に対して目標前後Gを線形に変化させる特性としている。ペダル中立点は、目標前後Gがゼロとなるペダル開度であり、適度にペダルを踏み込んだ位置で定め、たとえば、20〜30%に定める。ペダル中立点よりもペダル開度が小さい領域は減速操作領域であり、ペダル開度が小さいほど目標前後Gは小さく（減速度が大きく）なる。一方、ペダル中立点よりもペダル開度が大きい領域は加速操作領域であり、ペダル開度が大きいほど目標前後Gは大きく（加速度が大きく）なる。
ペダル開度速度算出部21は、ペダル開度から、ペダル開度速度を算出する。ペダル開度算出は、たとえば、ペダル開度の現在値と前回値との差分をサンプリング周期で除算することで算出する。さらに、平滑化をするために、この算出値を低域通過フィルタで処理して出力してもよい。ペダル開度速度はペダル開度が大きくなる方向（踏み込み側）を正、小さくなる方向（踏み戻し側）を負とする。

目標前後G変化率算出部22では、目標前後Gから、単位時間当たりの目標前後Gの局所的な変化率を算出する。ここでは、ペダル開度速度算出部21と同様に、数値差分により目標前後G変化率を算出する。
制動側静的補正量算出部23では、制動用アクチュエータ3の指令値に設ける静的な上乗せ量を算出する。上乗せ量の算出は次の手法による。まず、図４に示すように、あらかじめ駆動用アクチュエータ2に、アクチュエーション指令値をゼロから非常にゆっくりと増加させて、指令値の増加と発生トルクとから算出した駆動前後G相当量との関係が線形に対応し始めるACT_linを求め、そこでの駆動前後Gよりも小さい範囲を、静的に不確定な出力範囲Xg_uncnt(d)とする。同様に、制動用アクチュエータ3についても、静的に不確定な出力範囲Xg_uncnt(b)を求める。次に、駆動用アクチュエータ2の不確定な出力範囲Xg_uncnt(d)と制動用アクチュエータ3の不確定な出力範囲Xg_uncnt(b)とを比較し、より大きい方を静的補正基準量Xg_ups0とする。すなわち、静的補正基準量Xg_ups0を、下式により算出する。
Xg_ups0 = max(Xg_uncnt(d) , Xg_uncnt(b))
この量から、制動側静的補正量Xg_1bを下式により算出する。

ここで、APOはペダル開度、APO_0はペダル中立点である。

駆動側静的補正量算出部24では、駆動用アクチュエータ2の指令値に設ける静的な補正量を算出する。上述した静的補正基準量Xg_ups0を用いて、駆動側静的上乗せ量Xg_1dを下式により算出する。

ここで、APO_maxは最大ペダル開度である。
動的補正量算出部25は、ペダル開度とペダル開度速度とから、動的補正量を算出する。あらかじめ駆動用アクチュエータ2および制動用アクチュエータ3の遅れ時間を取得する。たとえば、図５に示すようなステップ応答から時定数を見積もり、遅れ時間として用いてもよい。
この遅れ時間を基に、プログラム実行時に、図６に示すフローに従い、動的補正量Xg_2を算出する。

［動的補正量算出処理］
図６のステップS1では、ペダル開度が中立点よりも小さく、かつ、ペダル開度速度が正の値であるか否かを判定し、YESの場合はステップS2へ進み、NOの場合はステップS3へ進む。
ステップS2では、駆動用アクチュエータ2の動的遅れ時間を、遅れ時間として出力する。
ステップS3では、ペダル開度が中立点よりも大きく、かつ、ペダル開度速度が負の値であるか否かを判定し、YESの場合はステップS4へ進み、NOの場合はステップS7へ進む。
ステップS4では、制動用アクチュエータ3の動的遅れ時間を、遅れ時間として出力する。
ステップS5では、下記の式から動的補正量を求める。
動的補正量＝（目標前後G変化率×遅れ時間）/2
ステップS6では、ステップS5で求めた動的補正量を出力する。
ステップS7では、動的補正量=0を出力する。

制動側目標前後G補正部26では、目標前後G Xg_nと、制動側静的補正量Xg_1bと、動的補正量Xg_2とから、制動側目標前後Gを算出する。具体的には、まず、
Xg_trg' = Xg_n - Xg_1b - Xg_2
により、Xg_trg'を算出する。
次に、Xg_trg'がゼロよりも小さい場合には、制動側目標前後G Xg_trgを、
Xg_trg = Xg_trg'
とし、Xg_trg'がゼロ以上の場合には、
Xg_trg = 0
として、制動側目標前後G Xg_trgを出力する。

駆動側目標前後G補正部27では、目標前後G Xg_nと、駆動側静的補正量Xg_1dと、動的補正量Xg_2とから、駆動側目標前後Gを算出する。具体的には、まず、
Xg_trg' = Xg_n + Xg_1d + Xg_2
により、Xg_trg'を算出する。
次に、Xg_trg'がゼロよりも大きい場合には、駆動側目標前後G Xg_trgを、
Xg_trg = Xg _trg'
とし、Xg_trg'がゼロ以上の場合には、
Xg_trg = 0
として、駆動側目標前後G Xg_trgを出力する。

前後G−制動指令値変換部28では、制動側目標前後Gから、制動用アクチュエータ3へ送信する制動指令値を算出する。特に、制動用アクチュエータ3が油圧ブレーキの場合には、制動指令値は、液圧指令値と同値である。この場合、あらかじめ制動Gとブレーキ液圧を計測した関係を取得した上で、これらの関係を線形近似し、制動Gからブレーキ液圧への比例係数を計算する。この比例係数を、制動側目標前後Gに積算することで、液圧指令値を算出する。
前後G−トルク指令値変換部29では、駆動側目標前後Gから、下式を用いて駆動用アクチュエータ2へ送信するトルク指令値T_dを算出する。

ここで、X_grefは駆動側目標前後G、mは車両重量、Ngは駆動用アクチュエータ2から軸端までの等価ギア比、R_wはタイヤ有効半径である。

次に、実施例１の作用を説明する。
図７は、ペダル開度操作に応じた制動側目標前後Gと駆動側目標前後Gのタイムチャートである。この例では、図７(a)に示すように、ペダル開度を時間と共にゼロから線形に増加させている。実施例１では、ペダル開度に応じた目標前後G Xg_n（図７(b)）に対し、制動側静的補正量Xg_1b、駆動側静的補正量Xg_1dおよび動的補正量Xg_2による補正を行うことで、図7(c)、図７(d)に実線で示すような制動側目標前後Gおよび駆動側目標前後Gを求める。図７(c)の一点鎖線は目標前後Gを制動側静的補正量で補正した特性であり、この特性を動的補正量で補正することで、実線で示した制動側目標前後Gが得られる。また、図７(d)の一点鎖線は目標前後Gを駆動側静的補正量で補正した特性であり、この特性を動的補正量で補正することで、実線で示した駆動側目標前後Gが得られる。

すなわち、実施例１では、ペダル開度の増加に応じて、制動側目標前後Gが初期値から増加し、制動側目標前後Gがペダル中立点に対応する時刻においてゼロとなる前に、駆動側目標前後Gが徐々に立ち上がる。これにより、図８に示すように、制動用アクチュエータ3に動作指令を出すタイミングと、駆動用アクチュエータ2に動作指令を出すタイミングとがペダル中立点を取る時刻の前後でオーバーラップする。これにより、駆動用アクチュエータ2および制動用アクチュエータ3に出力指令（トルク指令値，制動指令値）を与えた直後の動き出しにおいて、出力指令に対するアクチュエータ出力がリニアに精度良く追従しない範囲での、車両の前後G変動の割合を低減できる。すなわち、ペダル中立点における前後Gを滑らかに繋げることができる。
このとき、ペダル開度が中立点を取る時刻では、制動指令値とトルク指令値との和をゼロとするため、あらかじめ設定したペダル中立点で車両の前後Gがゼロとなり、ペダル中立点で車速を一定に保つことができる。

実施例１では、駆動用アクチュエータ2の静的に不確定な出力範囲Xg_uncnt(d)と制動用アクチュエータ3の静的に不確定な出力範囲Xg_uncnt(b)のうち大きい方を静的補正基準量Xg_ups0に設定し、静的補正基準量Xg_ups0に基づいて制動側静的補正量Xg_1bおよび駆動側静的補正量Xg_1dを求める。これら制動側静的補正量Xg_1bおよび駆動側静的補正量Xg_1dを用いて目標前後加速度Xg_nを補正し、制動側目標減速G Xg_trgおよび駆動側目標減速G Xg_trgを決定する。
つまり、あらかじめ制動用アクチュエータ3および駆動用アクチュエータ2について、アクチュエータへの出力指令に対する出力が静的に精度良く追従しない範囲のアクチュエーション量、すなわち、不確定量を同定し、制動用アクチュエータ3および駆動用アクチュエータ2について不確定量の大きい方（静的補正基準量Xg_ups0）を目標前後加速度Xg_nに上乗せする。これにより、上記オーバーラップの時間範囲は、制動用アクチュエータ3および駆動用アクチュエータ2に対する出力指令をゼロから変化させたとき、出力指令に対する実際の出力が非線形特性となる時間範囲となるため、出力指令に対するアクチュエータ出力の不確定性に起因する車両の前後G変動の割合を低減できる。

また、実施例１では、ペダル開度が中立点よりも小さく、かつ、ペダル開度速度が正の値である場合、すなわち、ペダル開度が中立点から加速操作領域に移行するとき、駆動用アクチュエータ2の動的遅れ時間に基づいて動的補正量Xg_2を求め、動的補正量Xg_2を用いて目標前後加速度Xg_nを補正し、駆動側目標減速G Xg_trgを決定する。これにより、ドライバがペダル中立点を跨いで前後Gコントロールペダル4を踏み込んだ際、制動から駆動へと切り替わった直後に、駆動用アクチュエータ2が持つ応答遅れに起因する車両の前後G変動の割合を低減できる。

実施例１では、ペダル開度が中立点よりも大きく、かつ、ペダル開度速度が負の値である場合、すなわち、ペダル開度が中立点から減速操作領域に移行するとき、制動用アクチュエータ3の動的遅れ時間に基づいて動的補正量Xg_2を求め、動的補正量Xg_2を用いて目標前後加速度Xg_nを補正し、制動側目標減速G Xg_trgを決定する。これにより、ドライバがペダル中立点を跨いで前後Gコントロールペダル4を踏み戻した際、駆動から制動へと切り替わった直後に、制動用アクチュエータ3が持つ応答遅れに起因する車両の前後G変動の割合を低減できる。

図９は、ドライバが前後Gコントロールペダル4を減速側から加速側へ操作したときの車両挙動シミュレーション結果を示すタイムチャートである。
ペダル開度は初期値ゼロから、時間に比例して増加させている。実施例１に対する比較例として、ペダル開度がゼロからペダル中立点までの範囲では、制動用アクチュエータを単独で用い、ペダル開度がペダル中立点よりも大きいときに、駆動用アクチュエータを単独で用いた場合の前後Gを示している。ここでの制動側アクチュエータの特性として、指令値が所定の値よりも大きい場合には、前後Gが指令値に対応して実現されるが、指令値が所定値よりも小さいときには、指令値が完全にゼロとなるまで一定の前後Gが生じてしまうことを想定している。その結果、前後Gがゼロとなる直前の時刻t1付近で、前後Gの段付が発生している。また、駆動用アクチュエータにはイナーシャを組み入れてあり、これに起因した出力ゼロからの動き出しに伴う遅れが発生している。つまり、前後Gがゼロをより大きくなった直後、時刻t2付近の前後Gの非線形特性が生じている。

これに対し、実施例１では、駆動用アクチュエータ2および制動用アクチュエータ3として、比較例と同一特性のアクチュエータを用いているにもかかわらず、前後Gの線形性が改善されていることがわかる。具体的には、制動用アクチュエータ3で想定した前後Gの段付は、駆動用アクチュエータ2が作動し、車両全体の前後Gとしても駆動Gが生じているタイミングで生じるので、ドライバが感じる車両全体の前後Gに占めるショック割合を低減でき、ペダル操作に対して前後Gをよりリニアで正確に追従させることができる。同様に、駆動用アクチュエータ2で想定した動き出しの非線形特性は、制動用アクチュエータ3が動作しているタイミングで発生しており、ドライバが感じる車両全体の前後Gに占めるショック割合を低減できている。

実施例１にあっては、以下に列挙する効果を奏する。
(1) ドライバが車両の加減速度を操作可能な前後Gコントロールペダル4と、前後Gコントロールペダル4のペダル開度が減速操作領域と加速操作領域とで切り替わる所定のペダル開度を中立点とし、ペダル開度が減速操作領域にあるとき、ペダル開度が中立点に近づくほど減速度が小さくなるよう目標前後加速度を演算し、ペダル開度が加速操作領域にあるとき、ペダル開度が中立点から遠ざかるほど加速度が大きくなるよう目標前後加速度を演算する目標前後加速度算出部20と、車両に駆動トルクを付与する駆動用アクチュエータ2と、車両に制動トルクを付与する制動用アクチュエータ3と、車両の前後加速度が目標前後加速度となるように駆動用アクチュエータ2および制動用アクチュエータ3を駆動するコントローラ8と、を備え、コントローラ8は、前後Gコントロールペダル4のペダル開度が中立点付近にある場合、駆動トルクと制動トルクとを同時に発生させ、駆動トルクと制動トルクとの和により発生する車両の前後加速度が目標前後加速度となるようにする。
よって、前後Gコントロールペダル4の中立点付近における前後Gを滑らかに繋げることができる。

(2) コントローラ8は、前後Gコントロールペダル4のペダル開度が中立点にあるときの前記駆動トルクと前記制動トルクとの和をゼロとする。
よって、ペダル中立点で車速を一定に保つことができる。

(3) コントローラ8は、駆動用アクチュエータ2に対する出力指令と制動用アクチュエータ3に対する出力指令を時間的にオーバーラップさせる。
よって、前後Gコントロールペダル4の中立点付近における前後Gを滑らかに繋げることができる。

(4) オーバーラップの時間範囲は、駆動用アクチュエータ2および制動用アクチュエータ3に対する出力指令をゼロから増加させたとき、出力指令に対する実際の出力が非線形特性となる時間範囲とする。
よって、出力指令に対するアクチュエータの出力の不確定性に起因する前後G変動の割合を低減できる。

(5) 前後Gコントロールペダル4のペダル開度が中立点から加速操作領域に移行するときのオーバーラップの時間範囲は、駆動用アクチュエータ2の出力指令に対する応答遅れ時間に対応した時間範囲とする。
よって、ドライバがペダル中立点を跨いで前後Gコントロールペダル4を踏み込んだ際、制動から駆動へと切り替わった直後に、駆動用アクチュエータ2が持つ応答遅れに起因する車両の前後G変動の割合を低減できる。

(6) 前後Gコントロールペダル4の操作位置が中立点から減速操作領域に移行するときのオーバーラップの時間範囲は、制動用アクチュエータ3の出力指令に対する応答遅れ時間に対応した時間範囲とする。
よって、ドライバがペダル中立点を跨いで前後Gコントロールペダル4を踏み戻した際、駆動から制動へと切り替わった直後に、制動用アクチュエータ3が持つ応答遅れに起因する車両の前後G変動の割合を低減できる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施するための形態を、実施例に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、駆動用アクチュエータは内燃機関に限られるものではなく、駆動用電動モータでも実施可能である。

1 駆動コントロールユニット
2 駆動用アクチュエータ
3 制動用アクチュエータ
4 前後Gコントロールペダル（アクセル操作子）
5 開度センサ
6 車輪速センサ
7 Gセンサ
8 コントローラ（前後加速度制御手段）
9 ホイルシリンダ
20 目標前後加速度算出部（目標前後加速度演算手段）
21 ペダル開度速度算出部
22 目標前後G変化率算出部
23 制動側静的補正量算出部
24 駆動側静的補正量算出部
25 動的補正量算出部
26 制動側目標前後G補正部
27 駆動側目標前後G補正部
28 前後G−制動指令値変換部
29 前後G−トルク指令値変換部

Claims (6)

1. ドライバが車両の加減速度を操作可能なアクセル操作子と、
   前記アクセル操作子の操作位置が減速操作領域と加速操作領域とで切り替わる所定の操作位置を中立位置とし、前記操作位置が前記減速操作領域にあるとき、操作位置が前記中立位置に近づくほど減速度が小さくなるよう目標前後加速度を演算し、前記操作位置が前記加速操作領域にあるとき、操作位置が前記中立位置から遠ざかるほど加速度が大きくなるよう目標前後加速度を演算する目標前後加速度演算手段と、
   
   車両に駆動トルクを付与する駆動用アクチュエータと、
   車両に制動トルクを付与する制動用アクチュエータと、
   車両の前後加速度が前記目標前後加速度となるように前記駆動用アクチュエータおよび前記制動用アクチュエータを駆動する前後加速度制御手段と、
   を備え、
   前記前後加速度制御手段は、前記アクセル操作子の操作位置が前記中立位置付近にある場合、前記駆動トルクと前記制動トルクとを同時に発生させ、前記駆動トルクと前記制動トルクとの和により発生する車両の前後加速度が前記目標前後加速度となるようにすることを特徴とする前後加速度制御装置。
2. 請求項１に記載の前後加速度制御装置において、
   前記前後加速度制御手段は、前記アクセル操作子の操作位置が前記中立位置にあるときの前記駆動トルクと前記制動トルクとの和をゼロとすることを特徴とする前後加速度制御装置。
3. 請求項１または２に記載の前後加速度制御装置において、
   前記前後加速度制御手段は、前記駆動用アクチュエータに対する出力指令と前記制動用アクチュエータに対する出力指令を時間的にオーバーラップさせることを特徴とする前後加速度制御装置。
4. 請求項３に記載の前後加速度制御装置において、
   前記オーバーラップの時間範囲は、前記駆動用アクチュエータおよび前記制動用アクチュエータに対する出力指令をゼロから増加させたとき、出力指令に対する実際の出力が非線形特性となる時間範囲とすることを特徴とする前後加速度制御装置。
5. 請求項３または４に記載の前後加速度制御装置において、
   前記アクセル操作子の操作位置が前記中立位置から前記加速操作領域に移行するときの前記オーバーラップの時間範囲は、前記駆動用アクチュエータの出力指令に対する応答遅れ時間に対応した時間範囲とすることを特徴とする前後加速度制御装置。
6. 請求項３ないし５のいずれかに記載の前後加速度制御装置において、
   前記アクセル操作子の操作位置が前記中立位置から前記減速操作領域に移行するときの前記オーバーラップの時間範囲は、前記制動用アクチュエータの出力指令に対する応答遅れ時間に対応した時間範囲とすることを特徴とする前後加速度制御装置。

Images