JP2021041811A - 車両におけるペダル反力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フットレスト化のための反力を、遅れを生じさせることなく増大させる。【解決手段】車両の駆動状態を制御するペダルと、ペダルの踏力に対する反力を発生しかつ反力を変化させる反力機構とを有し、反力を増大させてペダルの踏み込み角度を所定の角度に維持する車両におけるペダル反力制御装置であって、反力を制御するコントローラは、反力をペダルの踏み込み角度を維持する大きさに増大させる反力増大踏込角度を設定する角度設定部と、反力増大踏込角度より小さい角度であって、反力の増大を開始する反力増大開始角度を設定する反力増大制御開始角度設定部とを備え、ペダルの踏み込み角度が反力増大開始角度より小さい角度から増大して反力増大開始角度以上になった時点（ｔ2時点）に反力機構による反力の増大を開始させる。【選択図】図６

Description

この発明は、車両の加減速操作や制動操作などを行うペダルに付与する反力を制御する装置に関するものである。

車両を加減速するためのスロットルバルブや燃料噴射装置、制動のためのブレーキ装置などは、電気的に制御するようになってきている。それに伴い、その制御を行うためのアクセルペダルやブレーキペダルは、運転者の加減速意図あるいは制動意図を検出するための手段になり、検出した意図に基づいて電子制御装置が加減速装置のアクチュエータや制動のためのアクチュエータを制御する。したがって、このように構成された車両では、ペダルの操作とアクチュエータの動作量との関係は、電子制御装置によって決めた関係に設定でき、ペダルと前記アクチュエータとを機械的に直接連結した場合とは異なる多様な制御が可能である。

このような機能を利用して、アクセルペダルをフットレスト化することが試みられている。フットレスト化とは、運転者が特に踏み込む意図を有さずにペダルに足を載せた場合に、踏み込み力（踏力）に充分対抗する反力をペダルに付与して、ペダルの踏み込み量が増大しない状態にすることであり、その結果、ペダルが足置き台として機能する。このような制御を行う装置の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された装置は、アクセルペダルをフットレスト化するにあたり、反力によって維持するアクセルペダルの踏み込み角度（いわゆるフットレスト角度もしくはフットレスト位置）を、運転者の意図もしくは操作などによって適宜に調整する手段を備えている。すなわち、特許文献１に記載された装置は、定速走行制御が開始されることによってアクセルペダルに対する反力が急増されてフットレスト化され、その後、調整手段によって反力を変更するなどのことによって、フットレスト化したアクセルペダルの角度を調整するようになっている。したがって、特許文献１の装置では、足置き台となるアクセルペダルの角度に、運転者の意向あるいは趣向を反映することができる。

また、特許文献２には、フットレスト位置に個人差を反映するように構成した装置が記載されている。特許文献２に記載された装置は、アクセルペダルの所定の範囲内の踏み込み角度がある程度長期に亘って維持されている場合、その踏み込み位置（角度）をフットレスト位置としている。一般に、運転者の体型や着座姿勢などによって運転者にとって楽な姿勢がほぼ一定に決まり、ペダル操作する足の角度もその姿勢に応じてほぼ一定になる。したがって、特許文献２に記載された装置では、アクセルペダルの踏み込み角度がある程度の時間に亘ってほぼ一定に維持されていれば、運転者が楽な姿勢を採っていると考えられるので、その角度（位置）をフットレスト位置としている。

特開２００６−１３２３８８号公報 特開２００９−２９２２８８号公報

特許文献１や特許文献２に記載された装置は、アクセルペダルの実際の踏み込み角度をフットレスト位置（角度）とするように構成された装置であるから、実際の踏み込み角度からずれた角度をフットレスト角度とし、またそのようなフットレスト化のための反力の制御を行うことができない。前述したように、特許文献１に記載された装置は、定速走行制御が開始されたことによりアクセルペダルに対する反力を急増してフットレスト化しているので、その時点のアクセルペダルの踏み込み角度がフットレスト角度となる。その後、フットレスト角度を好みの角度に調整するよう構成している。したがって、特許文献１に記載された装置では、フットレスト化の制御の後に実質的なフットレスト角度を設定するのであって、予めフットレスト角度（もしくは位置）を設定しておいたり、そのフットレスト角度に対応する反力を設定してフットレスト化したりすることはできない。

同様に、特許文献２に記載された装置は、ある程度の長い時間に亘って維持される踏み込み角度をフットレスト角度に採用するから、運転者が好む踏み込み角度とフットレスト角度とを一致させることができる。この制御は、ある程度の長い時間に亘ってほぼ一定に維持される踏み込み角度が存在することを前提とする制御であるから、フットレスト角度を他の要因で決めるフットレスト化制御には適用することができない。

この発明は上記の事情を背景にしてなされたものであって、いわゆるフットレスト化などのための反力増大踏込角度がペダルの実際の踏み込み角度とは異なる角度に決められ、実際の踏み込み角度がその反力増大踏込角度に到達した時点の反力を適正化することのできるペダル反力制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、車両の駆動状態を制御するペダルと、前記ペダルの踏力に対する反力を発生しかつ前記反力を変化させる反力機構とを有し、前記反力を増大させて前記ペダルの踏み込み角度を所定の角度に維持する車両におけるペダル反力制御装置において、前記反力を制御するコントローラを有し、前記コントローラは、前記反力を前記ペダルの踏み込み角度を維持する大きさに増大させる反力増大踏込角度を設定する角度設定部と、前記反力増大踏込角度より小さい角度であって、前記反力の増大を開始する反力増大開始角度を設定する反力増大制御開始角度設定部とを備え、前記ペダルの踏み込み角度が前記反力増大開始角度より小さい角度から増大して前記反力増大開始角度以上になった時点に前記反力機構による前記反力の増大を開始させることを特徴としている。

この発明においては、アクセル開度などで代表される要求駆動力が一定に維持されていたり、オートクルーズ走行や自動運転などが選択されていたりすることにより、アクセルペダルあるいはブレーキペダルなどのペダルの踏力に対する反力が増大させられる。すなわち、運転者がペダルに足を載せていてもペダルに対する荷重に反力を対抗させてペダルの踏み込み角度を維持する反力増大制御が実行される。その場合、ペダルの踏み込み角度を維持する反力増大踏込角度が角度設定部によって設定され、またそれより小さい反力増大開始角度が反力増大制御開始角度設定部によって設定される。その状態で、ペダルの踏み込み角度が反力増大開始角度より小さい角度から増大してその反力増大開始角度以上になると、反力を増大させる制御が開始される。したがって、ペダルの踏み込み角度が更に増大して反力増大踏込角度に到った状態では、反力が充分に大きくなっているので、ペダルを反力増大踏込角度に維持する制御に遅れが生じたり、そのために違和感が生じたりすることを回避もしくは抑制することができる。

この発明の実施形態におけるアクセルペダルを模式的に示す図である。 ペダル反力を制御する制御系統を示すブロック図である。 ペダルストローク（踏み込み角度）とペダル反力との関係を模式的に示す線図である。 この発明の実施形態で実行される制御を説明するためのフローチャートである。 そのステップＳ４での制御の内容を説明するためのサブフローチャートである。 この発明の実施形態での制御を行った場合の実アクセル開度、指示アクセル開度、指示反力、ならびに実反力の変化の一例を示すタイムチャートである。

この発明の実施形態で対象とする車両は、アクセルペダルやブレーキペダルなどのペダルを備え、それらのペダルが踏み込まれることにより加減速や制動などの操作が行われる車両である。特に、ペダルの踏み込み角度（あるいはストローク）を電気的に検出し、その検出信号を電気的に処理して、スロットルバルブなどを動作させるアクチュエータを制御するように構成されている。したがって、ペダルの踏み込み量と加減速操作量もしくは制動操作量との間に電気的な処理が介在するので、その関係を多様に変更することができる。

上記のペダルには、復帰動作させるための反力が付与されており、その反力は操作感を運転者に体感させるために非線形特性とするなど、適宜に制御できるように構成されている。さらに、反力を増大させてペダルの踏み込み角度を所定の角度に維持するいわゆるフットレスト化が可能なように構成されている。なお、ここで説明している実施形態における「フットレスト化」とは、ペダルの反力を増大させることにより、運転者が踏み込みの意図でなくペダルに足を載せてもペダルの踏み込み角度が直ちには増大しない状態にすることであり、ペダルがいわゆる足置き台として機能する角度にペダルを維持する場合に限らず、他の目的のための角度に維持する場合も含む。図１に、フットレスト化が可能なように構成されたアクセルペダル１を模式的に示してある。運転者が足を載せるパッド２がレバー３の下端部に設けられており、そのレバー３が所定の支点４を中心に回転するように車体（図示せず）の所定位置に取り付けられている。パッド２に掛けられた踏力に対する反力を生じさせる反力発生装置５が設けられている。この反力発生装置５は電気的に制御されて反力を発生させるように構成された公知の構成のものであってよい。

図２に、反力を制御するための制御系統をブロック図で示してある。アクセルペダル１に付与する反力は、電子制御装置（ＥＣＵ）６によって制御するように構成されている。ＥＣＵ６はマイクロコンピュータを主体にして構成され、入力されたデータや予め記憶しているデータならびにプログラムに従って演算を行い、その演算の結果を制御指令信号として出力する。このＥＣＵ６には、車速を維持するオートクルーズ制御（ＡＣＣ）システム７からの信号や、路面の摩擦係数μあるいは凹凸の状態などの路面状態を検出する路面検出手段８からの信号、自動運転を制御する自動運転ＥＣＵ９からの信号などが入力されている。また、アクセルペダル１には、その踏み込み角度に相当するストロークを検出するストロークセンサ１０や踏力を検出する踏力センサ１１などのセンサが取り付けられており、これらのセンサ１０，１１で検出した信号がＥＣＵ６に入力されている。

ＥＣＵ６は、これらの入力されたデータに基づいてフットレスト角度を設定するフットレスト角度設定部１２を備えている。このフットレスト角度設定部１２は、この発明の実施形態における角度設定部に相当し、したがってフットレスト角度はこの発明における反力増大踏込角度に相当し、要は、反力を増大させる設計上定めた角度であってよく、その一例は、アクセルペダル１をフットレスト（足置き台）として機能させるために、運転者が踏み込みの意図が無く足をアクセルペダル１のパッド２に載せた状態で、アクセルペダル１の踏み込み角度を維持する角度である。このフットレスト角度は、設計上、適宜に決めることができ、例えばオートクルーズや自動運転が選択されている場合には、車両の走行状態もしくは走行状況に応じて設定することができる。

オートクルーズでは定速走行する車速を運転者が設定し、また前方車両との距離などに応じて車速が設定される。そのようにして設定された車速を維持するためのアクセル開度（アクセルペダル１の踏み込み角度）がその設定された車速に基づいて求まる。一方、オートクルーズが解除された場合、その時点のアクセル開度に応じた駆動力が出力されるから、オートクルーズが解除されたことに伴う駆動力の変化を少なくするために、オートクルーズ中に維持するアクセル開度はオートクルーズで設定されている車速に対応した開度であることが好ましい。したがって、オートクルーズで設定されている車速に対応した開度（踏み込み角度）をフットレスト角度とすることが好ましい。同様に、自動運転では目標位置や周囲の道路環境ならびに周囲の車両などに基づいて走行計画が逐次作成され、その走行計画に基づく車速が設定される。こうして設定される車速がある程度長い時間維持される状況であれば、上述したオートクルーズの場合と同様に、自動運転で設定されている車速に対応した開度（踏み込み角度）をフットレスト角度とすることが好ましい。

フットレスト角度すなわち反力を増大させる踏み込み角度は、上記の車速に応じた角度以外に、運転者がスイッチ操作などによって任意に設定した角度や、過去の走行時の踏み込み角度から学習制御で得られた適宜の角度など、オートクルーズや自動運転などの際の車速に関係なく決められた角度であってもよい。反力増大角度をこのように車速に関係しない角度に設定した場合、オートクルーズ制御や自動運転制御から復帰することにより、その復帰時点の車速とアクセル開度（駆動力）との乖離のために車速が変化することが考えられるが、車速と駆動力との少なくともいずれか一方の変化を緩和する制御を実行することによりショックなどの違和感を回避もしくは抑制すればよい。

アクセルペダル１のフットレスト化は、アクセルペダル１のパッド２に足を載せてもアクセルペダル１がストロークしないように保持し、あるいは大きい抵抗力を作用させる制御であり、そのためのアクセルペダル１の保持は、反力を増大させることにより行われる。ＥＣＵ６は、反力をそのように増大させるタイミングである反力増大開始角度を決める反力増大開始角度設定部１３を備えている。アクセルペダル１を踏み込んでいる過程で反力を増大させる場合、反力を増大させる判断が成立してから反力が目標値まで増大してアクセルペダル１の踏み込み角度がフットレスト角度になるまでには、アクセルペダル１の慣性力や制御のための信号の遅れなどが原因で不可避的な遅れが生じる。そのため、この発明の実施形態におけるＥＣＵ６は、反力の増大制御を開始する時点を、アクセルペダル１の踏み込み角度がフットレスト角度に達する時点よりも早くする。したがって、上記の反力増大開始角度は、フットレスト角度より小さい角度として設定されている。なお、その角度は、実験やシミュレーションなどによって予め決めておくことができる。

そして、ＥＣＵ６は、これらの各設定部１２，１３で設定された角度と前記ストロークセンサ１０で検出された踏み込みストローク（踏み込み角度）とに基づいて、出力部１４から反力発生装置５に制御指令信号を出力して反力を適宜に設定するように構成されている。

図３に、通常のペダル反力と、フットレスト化を行った場合のペダル反力とを模式的に示してある。図３で横軸にペダルストローク（踏み込み角度）を採り、縦軸にペダル反力を採ってある。図３の実線は通常時のペダル反力の変化を示し、破線はフットレスト化のために反力を増大させた場合のペダル反力の変化を示している。アクセルペダル１が踏み込まれてフットレスト角度に達した時点では、ペダル反力が前述した反力発生装置５によって増大させられており、それ以上の踏み込み角度（ペダルストローク）ではペダル反力が通常時より大きくなる。なお、ストロークエンドにおける踏み込み側の反力と踏み戻し側の反力との差は、反力発生装置５に設けられているスプリング（図示せず）の弾性力によって生じる差である。

この発明の実施形態におけるペダル反力制御装置は、踏み込み角度を予め定められたフットレスト角度に維持するように反力を増大させる制御を実行する。図４はその制御の一例を説明するためのフローチャートであり、ＥＣＵ６によって繰り返し実行される。したがって、ＥＣＵ６がこの発明の実施形態におけるコントローラに相当している。フットレスト角度は増大させた反力を付与する踏み込み角度であり、例えば前述したオートクルーズ走行する場合や自動運転走行する場合に車速が設定され、その車速に対応したアクセルペダルの踏み込み角度、あるいは予め設計上定めてある角度として設定される。図４に示す制御例では、そのフットレスト角度より小さい角度を反力増大開始角度として設定し、ステップＳ１でその反力増大開始角度を読み込む。

ステップＳ１でフットレスト角度を設定した後に、アクセルペダル１の踏み込み角度であるアクセル開度の前回値（現在時点の直前に検出されたアクセル開度）が、ステップＳ１で読み込まれた反力増大開始角度未満か否かが判断される（ステップＳ２）。このステップＳ２で否定的に判断された場合には、直前のステップＳ１を実行した状態に戻る。これとは反対にステップＳ２で肯定的に判断された場合には、今回検出されたアクセル開度が反力増大開始角度以上か否かが判断される（ステップＳ３）。このステップＳ３で否定的に判断された場合には、ステップＳ２に戻る。これとは反対にステップＳ３で肯定的に判断された場合には、アクセルペダル１に付与する反力を増大させる（ステップＳ４）。

ステップＳ３で肯定的に判断された場合のアクセルペダル１の動作状態は、踏み込み角度が反力増大開始角度未満の角度から反力増大開始角度以上に増大した状態である。したがって、アクセルペダル１の踏み込み角度がフットレスト角度に向けて増大する過程で、フットレスト角度に到る前の反力増大開始角度になった時点に、反力の増大制御を開始することになる。ここで、増大させる反力の大きさ、すなわち反力の目標値は、前述したフットレスト角度に応じた大きさであり、設計上、予め決めておくことができる。

ステップＳ４で反力を増大させる場合、反力をその目標値にステップ的に増大させるように制御してもよい。あるいは時間の経過に伴って反力が次第に大きくなるように制御してもよい。反力を漸増させる後者の制御の一例を図５を参照して説明すると、前述した反力の増大開始時点のアクセル開度が反力増大開始角度以上か否かが判断される（ステップＳ４１）。このステップＳ４１で否定的に判断された場合には直前の制御状態に戻る。これとは反対にステップＳ４１で肯定的に判断された場合には、その時点のアクセル開度が指示アクセル開度（もしくはフットレスト角度）以下か否かが判断される（ステップＳ４２）。

すなわち、これらステップＳ４１とステップＳ４２とによって、反力の増大を開始したものの、アクセル開度がフットレスト角度に未だ達していないか否かを判断する。そして、アクセル開度がフットレスト角度に達していないことによりステップＳ４２で肯定的に判断された場合には、その時点のアクセル開度に応じた反力をアクセルペダル１に付与する（ステップＳ４３）。その後、ステップＳ４１に戻る。このステップＳ４３で付与する反力は、その時点のアクセル開度に応じて予め定めてある大きさの反力であってもよく、また既に設定されている反力に１回ごとに加算する予め定めた大きさの反力であってもよい。さらには、反力が非線形に増大するように設定した反力であってもよい。このステップＳ４３は、ステップＳ４２で肯定的に判断されるまで、すなわちアクセル開度がフットレスト角度に達するまで繰り返されるから、反力が時間の経過と共に次第に増大する。

上記の制御を行った場合の実アクセル開度、指示アクセル開度、指示反力の変化の一例を図６に示してある。実アクセル開度が減少している途中のｔ1時点にオートクルーズ制御などが開始されると、車速を設定車速に維持するための指示アクセル開度が設定される。このアクセル開度に応じたフットレスト角度あるいは予め決められたフットレスト角度が設定され、またそのフットレスト角度より小さい反力増大開始角度が設定される。

その後、アクセルペダル１が反力増大開始角度より小さい角度にまで戻される。その時点では、車両の駆動力は指示アクセル開度に応じた駆動力になっているので、アクセルペダル１を踏み込む操作は、駆動力の制御に関係しないいわゆる空操作になり、それに伴って運転者は特に踏み込み力を付与すること無く足をアクセルペダル１のパッド２に載せる。それに伴って実アクセル開度が増大し、その過程における反力増大開始角度以上になったｔ2時点に反力を増大させる指示すなわち指示反力がオンになる。

反力の増大制御には不可避的な遅れがあるので、実反力は図６に破線で示すように、ｔ2時点より遅れて増大する。しかしながら、反力の増大指示を、実アクセル開度が指示アクセル開度に達するｔ3時点に対していわゆる前出ししているので、実アクセル開度が指示アクセル開度に達するｔ3時点では実反力が目標とする所定の反力に増大している。すなわち、フットレスト化のための反力の増大制御の遅れを回避もしくは抑制することができる。

なお、図６には、指示反力をステップ的に増大させずに時間の経過に伴って漸増する例を併記してある。また、この発明の実施形態における反力増大開始角度は、フットレスト角度より小さい角度であればよいので、実アクセル開度が指示アクセル開度より小さい角度から増大し始める角度を反力増大開始角度としてある。すなわち、実アクセル開度が小さい角度に維持された後に増大し始めるｔ4時点に指示反力が増大し始める。それに伴って実反力が破線で示すように僅かに遅れて増大し、実アクセル開度が指示アクセル開度に到達するｔ3時点では、実反力が目標とする所定の反力に増大する。このように制御した場合であっても、フットレスト化のための反力の増大制御の遅れを回避もしくは抑制することができる。また、アクセルペダルの反力が運転者の足に伝わる状態になっている場合、フットレスト化のための反力の増大を運転者が感じにくくなるが、反力が急激に増大することがないので、運転者に与える違和感を防止もしくは抑制することができる。

なお、この発明は上述した実施形態に限定されないのであり、アクセルペダルを誤って踏み込んでしまうことを防止もしくは抑制するために、所定の踏み込み角度で反力を増大させる制御を行う装置として構成することができる。また、反力を増大させてフットレスト化するペダルはアクセルペダル以外にブレーキペダルなどであってもよい。

１…アクセルペダル、 ２…パッド、 ３…レバー、 ４…支点、 ５…反力発生装置、 ６…ＥＣＵ、 ７…信号、 ８…路面検出手段、 ９…自動運転ＥＣＵ、 １０…ストロークセンサ、 １１…踏力センサ、 １２…フットレスト角度設定部、 １３…反力増大開始角度設定部、 １４…出力部。

Claims (1)

1. 車両の駆動状態を制御するペダルと、前記ペダルの踏力に対する反力を発生しかつ前記反力を変化させる反力機構とを有し、前記反力を増大させて前記ペダルの踏み込み角度を所定の角度に維持する車両におけるペダル反力制御装置において、
   前記反力を制御するコントローラを有し、
   前記コントローラは、
   前記反力を前記ペダルの踏み込み角度を維持する大きさに増大させる反力増大踏込角度を設定する角度設定部と、
   前記反力増大踏込角度より小さい角度であって、前記反力の増大を開始する反力増大開始角度を設定する反力増大制御開始角度設定部とを備え、
   前記ペダルの踏み込み角度が前記反力増大開始角度より小さい角度から増大して前記反力増大開始角度以上になった時点に前記反力機構による前記反力の増大を開始させる
   ことを特徴とする車両におけるペダル反力制御装置。

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