JP3669036B2

JP3669036B2 - 登降坂によるアクセル反力制御装置

Info

Publication number: JP3669036B2
Application number: JP06094896A
Authority: JP
Inventors: 修田中
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1996-03-18
Filing date: 1996-03-18
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2016-03-18
Also published as: JPH09249043A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアクセルペダルの操作機構に関し、特に、アクセルペダルの反力を制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車におけるスロットルバルブに連動してその開閉制御を司るアクセルペダルの操作機構としては、例えば図１０に示すようなものがある。アクセルペダル１０１には、スロットルワイヤ１０３の一端側が接続され、スロットルワイヤ１０３の他端は、アクセルドラム１０５に接続されている。アクセルドラム１０５は、固定部１０７に対して回転可能であってリターンスプリング１０９により図中で矢印Ａ方向に常時付勢され、スロットルチャンバ１１１内のスロットルバルブに連動してる。
このような構成で、アクセルペダル１０１を矢印Ｂ方向に踏み込むと、アクセルワイヤ１０３を介してアクセルドラム１０５がリターンスプリング１０９の付勢力に抗して矢印Ａとは反対方向に回動し、スロットルチャンバ１１１内のスロットルバルブを開方向に回動される。従ってこの場合、アクセルペダル１０１を踏み込むことによって発生する、いわゆる踏込反力は、ペダル踏込量に応じて発生するリターンスプリング１０９の弾性形量に比例して変化するものとなっている。また、アクセルドラム１０５を楕円形として踏込反力を、アクセルペダル１０１の踏込量に比例して変化しないように構成したものもある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自動車を運転するに際し、車両に現在作用している走行負荷（エンジン出力状態）や登降坂状況（登降坂の傾斜角度、登降坂情報）がどの程度か、また、この負荷や状況を把握することによってこのときのアクセル操作をある程度予想することは、好適な登降坂走行を得られるために極めて重要なものである。
しかしながら、前記従来のアクセルペダルの操作機構では、単にアクセルペダル１０１の踏込量に応じた大きさの踏込反力が発生するに過ぎず、従ってアクセルペダル１０１の踏込反力からでは、前述した車両の走行負荷や走行状況に対するアクセル操作の最適値を把握することができないため、登降坂においては運転者が視覚的に判断しアクセル操作を行っている。しかしこの場合、目の錯覚等で登り・下りを誤り、登りでは遅く、下りでは速くなり流れに乗ったスムーズな走行ができないケースもあり、登降坂の登り・下りを運転者が知覚してこれによりアクセル操作量を判断するという、いわば間接的な判断方法によらざるを得ないという問題点があった。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の問題点に着目してなされたもので、運転者の登降坂におけるアクセル操作量を自動的に補正することにより、速度変化を小さくして、登降坂のスムーズな走行が図れるアクセル反力制御装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、アクセルペダルの踏込反力を発生し、かつその反力を可変に設定可能な踏込反力発生手段と、走行時車両に作用している走行負荷や登降坂状況を検出する登降坂検出手段と、この登降坂検出手段によって検出された走行負荷および登降坂状況に応じて前記踏込反力発生手段の反力を制御する制御手段とを有する構成として、車両の負荷状態や登降坂状況に対する情報を登降坂の傾斜角度に比例した重さのアクセル反力値（登りは軽く・下りで重く）としてフィードバックする構成とした。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、実施の形態１（請求項１・２・４に相当）について説明する。この実施の形態１のアクセルペダルの操作機構を図１に示す。アクセルペダル１には、アクセルペダル１の踏み込みによって引張られるスロットルワイヤ３の一端側が接続され、スロットルワイヤ３の他端はアクセルドラム５に接続されている。アクセルドラム５は、固定部７に対して回転可能であって、リターンスプリング９によって、図中で矢印Ａ方向に常時付勢され、かつスロットルチャンバ１１内の図示しないスロットルバルブと連動している。上記アクセルペダル１の裏側には、アクセルペダル１を踏込んだ際にその反力を発生させる踏込反力発生手段としてリニア比例ソレノイド１３、およびアクセルペダル１の最大踏込量を規制するストッパ１５が設置されている。前記踏込反力発生手段としてのリニア比例ソレノイド１３は、図２に示されるように、ヨーク１９・コイル１７・リニアプランジャ２３・ストッパ２１で構成されており、コントローラ３１から出力される制御された直流電流が、コイル１７に供給されることによって、図中で右方向に移動するリニアプランジャ２３がアクセルペダル１に反力を伝える。なお、この実施の形態１では、踏込反力発生手段としてのリニア比例ソレノイド１３は反力を増加させる方向にのみ動作するので、前記のリターンスプリング９は、最小反力値を生ずる設定まで弱くしてある。
【０００７】
前記スロットルチャンバ１１のスロットルバルブには、スロットル開度センサ２７（アクセル開度センサ）が接続され、このスロットル開度センサ２７、およびエンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ２９、さらに走行状況を検出する登降坂検出手段３３としてのＣＣＤカメラ３０が、例えばマイクロコンピュータから構成される制御手段としてのコントローラ３１に接続されている。登降坂検出手段３３は、このスロットル開度センサ２７とエンジン回転数センサ２９とで、現在車両が走行している部分の傾斜を検出し、かつ、ＣＣＤカメラ３０でこれから進む先の傾斜を検出する構成となっている。
【０００８】
図５はこのシステムの動作を表わすフローチャートであり、この処理はすべて図２のコントローラ３１の内部で行われている。この制御では、今いる地点の傾斜ではなく何回か先（例えば４回）の制御タイミングの傾斜データを計測する。その様子を図７に示す。そして、この計測した地点の傾斜データの内容は図８のように蓄積しておき、今回の傾斜に相当する値（表１の４回前のデータ）を制御に用いる。その処理の詳細をフローチャートに従って説明する。
【０００９】
まずステップ１０１では傾斜Ｓｎ（０〜４）のデータを表１に示す矢印方向にシフトし蓄積する。
次にステップ１０２においてアクセルを踏んでいるかを判断する。踏まれている場合はエンジン出力から現在走行中の道路の傾斜を推定できるので、ステップ１５１に連続する下記の方法で計算しこれから走行する道路の傾斜の初期値とする。計算方法は、まず、ステップ１５１において、アクセル開度とエンジン回転数と車速を取り込み、ステップ１５２において、それらから変速機のギア位置を出す。さらに、ステップ１５３でアクセル開度とエンジン回転数からエンジン特性マップによって出力トルクを算出し、ステップ１５４で変速比やタイヤ径などから車両に加わっている印加駆動力を算出する。一方、ステップ１５５では、前回の車速との変化幅から車両加速度を求め、ステップ１５６で加速度に車両質量Ｍをかけることで車両に加わっている実駆動力を求める。
ステップ１５４で求めた印加駆動力とステップ１５６で求めた実駆動力との差が傾斜による駆動力の変化となるので、この差Ｆｓを用いステップ１５７において、
Ｓ＝ｔａｎθ
θ＝ｓｉｎ^-1｛Ｆｓ／（Ｍ・ｇ）｝
の演算で傾斜Ｓを求める。なおθは傾斜角度、Ｍは車両重量、ｇは重力加速度である。
【００１０】
ここで求めた傾斜で図８のＳｎ（４）を更新する。また車両重量Ｍの変化や車両の走行抵抗や空力抵抗は無視し、その分の誤差影響は後述する不感帯αでカットすることとする。また、ステップ１０２においてアクセルを踏んでいない場合は、４回前に測定した傾斜Ｓｎ（４）をそのまま用いる。
【００１１】
次に、ステップ１０３で、まず前方ＣＣＤカメラより画像情報を取り込む。画像情報は図９のようなこの瞬間の前方の静止画像となる。
次に、ステップ１０４において、この画像情報より道路形状を示す特徴的な部分、たとえば路側の白線、センターライン、側壁の縁などを抽出する。ここでは路側の白線とし、図９では太く薄い線で表わす。次に、ステップ１０５で、この曲線が後の処理に使用できる有効な曲線であるか否かを判断する。有効であればステップ１０６へ、また障害物があって曲線長さが不足とか、抽出がうまくできずに道路の形状として極端に異常なものになった、などの場合は、以下の処理が不可能となるので、とりあえず傾斜の変化率Ｓｄを０と設定する（ステップ１３１）。一方、ステップ１０６へ来たら、この曲線上の何か所かのポイントを選び、その座標値を求める。ポイントの数は後の近似処理のために最低４か所は必要であり、多いほど精度が高くなるので、精度と計算時問の兼ね合いで決める。ここでは図９で黒丸を付けた７か所とする。座標値は、図９に細い点線で示したように画像に縦横の座標を設定し、この値で決める。横方向をＸ値、縦方向をＹ値として、（Ｘｉ、Ｙｉ）で表わすことにする（ｉは遠い方から何番目の点かを表わす添え字である）。ステップ１０７では、この点の座標値群から道路の曲線を３次関数で近似する。
【００１２】
３次関数は、
Ｙ＝ａ３・Ｘ³ ＋ａ２・Ｘ² ＋ａ１・Ｘ＋ａ０
で示される関数であり、近似とはこの係数ａ０〜ａ３を求めることである。これは下記の式１に示す行列計算によって求められる。
【００１３】
【式１】

なおΣＸｉはＸ１＋Ｘ２＋・・＋Ｘｍを表わし、ｍは点の個数（ここでは７）を表わす。
【００１４】
次に、ステップ１０８では上記によって求められた係数を、画像の座標系→車両を中心とした座標系→道路の座標系と変換し、道路の関数からＬ（ｍ）先でＨ（ｍ）上昇するという情報を抜き出す。ここからＨ／Ｌを計算することで傾斜Ｓｄが求められる。この値は車両の向きがベースとなった傾斜となるので、その瞬間での道路傾斜の変化率となる。
なお、ここで用いるＬは車速に応じて変化させ、車速をＶｓとして
Ｌ＝Ｖｓ・Ｔｓ・４
（Ｔｓ：次の画像取り込みをするまでの時間・制御周期）
と設定する。このことで、４回先に画像を取り込む時点、つまり４回先の制御タイミング時点での道路の傾斜Ｓｎ（０）を今回計算することになる。
【００１５】
次に、ステップ１０９では、ステップ１０８か１３１で求められた傾斜の変化率Ｓｄと、アクセルを踏んでいるときに求めた傾斜、または４回前の計算で求められた傾斜Ｓｎ（４）を用いて、現在の傾斜Ｓｎ（０）を求める。求め方は、
Ｓｎ（０）＝Ｓｎ（４）＋Ｓｄ
となる。
ここで求めた現在の傾斜Ｓｎ（０）を図８に示す４回先の制御タイミング時点での道路の傾斜Ｓｎ（０）に取り込み蓄積する。なお傾斜Ｓｎ（ｉ）は、上りを＋、下りを−として計算するように設定しておく。
【００１６】
次に、ステップ１１０では、前回からの傾斜の変化△Ｓｎ（ｉ）を
△Ｓｎ（ｉ）＝Ｓｎ（４）−Ｓｎ（５）・・・Ｓｎ（０）−Ｓｎ（５）
で計算する。さらにその値としきい値±αとを比較し判断フラグを立てる。判断フラグは、しきい値内であれば０、それ以外であれば＋または−と設定する。このしきい値±αは、ペダルの重さが急激に変化する傾斜の範囲と誤差を考慮して決める。次に、ステップ１１１では、今回の制御タイミングの判断フラグが０か否かを判断する。判断フラグが０だったら、１１３で今回の傾斜Ｓｎ（４）を用い、リニア比例ソレノイドを駆動する電流Ｉｃを
Ｉｃ＝Ｉｍ−Ｓｎ（４）×Ｋ
で計算する。ここでＩｍは電流中間値で、平坦路でのペダル反力を生じる電流値Ｋは制御ゲインで、エンジン特性・車両諸元などを考慮して決められる。また、判断フラグが０でなかったら、まず、ステップ１１２でその判断フラグが所定回数以上続くか否かを判断する。ここでは所定回数を３回としている。その判断フラグが３回以上続いたら、やはり今回の傾斜Ｓｎ（４）を用いてステップ１１３で電流を計算する。一方その判断フラグが３回以上続かなかったら、ステップ１３２でリニア比例ソレノイド１３を駆動する電流を前回の値と同一に設定する。以上の３通りで計算された電流を、ステップ１１４においてリニア比例ソレノイド１３に出力しアクセル反力を制御する。以上で１サイクルの制御が終了する。このサイクルを適当な制御演算周期Ｔｓで繰り返すことで、車両走行中の動作を行う。
【００１７】
次に、この発明の実施の形態１の動作について説明する。
平坦路またはわずかな登り下り坂があるような場合は、スロットル開度センサ２７とエンジン回転数センサ２９から現在の車両が走行している部分の傾斜を検出し、かつＣＣＤカメラ３０でこれから進む先の傾斜を検出すると、判断フラグはずっと０となる。このときコントローラ３１は、リニア比例ソレノイド１３へ印加する電流を傾斜（＝ほぼ０）に対応するように制御するが、この電流値はほぼ中間値となる。これによりアクセル反力はほとんど増減せず、普通のアクセル操作と一緒となる。
【００１８】
先に大きな長い登り坂がある場合は、判断フラグは＋となり、かつ３回以上続く。このときコントローラ３１は、リニア比例ソレノイド１３へ印加する電流を傾斜に応じて減らすように制御する。これにより、アクセル反力は、軽くなるので、同じ踏力でアクセルペダル１を踏んでいても踏込量は自然に増加し、登り坂での負荷増加に応じたエンジン出力が得られ、速度低下を生じない。同様に大きな長い下りが始まる場合は、アクセルが重くなる。
【００１９】
現在下り坂を走行中の場合は、判断フラグは０のままとなる。このときコントローラ３１は、今出しているリニア比例ソレノイド１３へ印加する電流を傾斜に対応するように増やす方向で制御し続ける。これによりアクセル反力は、重いままであり、速度の増加を生じない。同様に登り坂を走行中の場合はアクセルが軽いままである。
【００２０】
登り坂途中に短い平坦路や下り坂がある場合は、短い平坦路または下り坂なので、判断フラグは今回は−となるが３回以上続かずに、また０となる。したがってこのときコントローラ３１は、今出しているリニア比例ソレノイド１３への電流値を継続して出力する。これによりアクセル反力は、軽いままとなる。このような登り坂途中に短い平坦路や下り坂がある場合は、その都度アクセルの重さが変化すると逆に車速の変化を生じ運転者に違和感をあたえる可能性がある。そこで上記のように制御・判断することでアクセル反力の頻繁な変化をおさえ、速度変化を生じないようにしている。同様に下り坂途中の平坦路や登り坂の場合はアクセルが重いままである。
【００２１】
登り坂を登り切って平坦路や、長い下り坂がある場合は、判断フラグは−となり、かつ３回以上続くため、リニア比例ソレノイド１３への電流を新しい傾斜に対応して出力し、これによりアクセル反力は、素早く軽い側から通常の重さ又は重い側に切り換えられる。したがって下りになった直後にアクセルが軽くて急加速してしまうなどの不具合を生じない。同様に下り坂を下り切って平垣路や長い登り坂の場合はアクセルが重い側から通常の重さ又は軽い側へ切換えられる。
【００２２】
以上説明してきたように、この発明の実施の形態１のアクセル反力制御装置については、車両の走行負荷や登降坂状況より検出した情報に基づき制御されたアクセル反力値により登り坂ではペダル１が軽くなるので、同じ踏力でペダル１を踏んでいても踏込量は自然に増加し、登り坂での負荷増加に応じたエンジン出力が得られ、速度低下を生じない。同様に下り坂では、ペダル１が重くなってエンジン出力が減り、速度の増加を招かないので、運転者の登降坂におけるアクセル操作量が自動的に補正され、速度変化が小さくなるため、登降坂の流れに乗ったスムーズな走行が図れる。
【００２３】
この発明の実施の形態２（請求項１・３・５に相当）について説明する。この実施の形態２のアクセルペダルの操作機構を図３に示す。この実施の形態２は、実施の形態１とは、踏込反力発生手段をリニアモータ１３ａとし登降坂検出手段３３をナビゲーションシステム２８にしたことが大きく異なる。踏込反力発生手段としてのリニアモータ１３ａは、図４に示されるように、ヨーク１９・コイル１７・ロッド２３・スプリング２０で構成されている。コントローラ３１は、リニアモータ１３ａ内部のコイル１７に直流電流を印加すると推力を発生する。また、反対の直流電流を印加すれば、逆向きの推力を発生させるもできる。従って、この直流電流を制御することで押し・引き方向の推力をアクセルペダル１に作用させることができるため、前記のリターンスプリング９は、通常と同一の設定でよい。登降坂検出手段３３は、ナビゲーションシステム２８で、現在、およびこれから進む先の傾斜を検出する構成となっている。なお、この実施の形態２ではナビゲーションシステム２８とリニアモータ１３ａ、前の実施の形態１ではＣＣＤカメラ３０とリニア比例ソレノイド１３を用いた構成としたが、ナビゲーションシステム２８とリニア比例ソレノイド１３、ＣＣＤカメラ３０とリニアモータ１３ａの組み合せも可能である。
【００２４】
次に、この発明の実施の形態２の動作について説明する。
図６では、まずステップ２０１では傾斜Ｓｎ（０〜４）のデータを図８に示す矢印方向にシフトし蓄積する。次に、ステップ２０２においてＧＰＳなどからの位置情報を取り込めるかを判断する。もし取り込めない場合は、ステップ３００において道路傾斜を前回サンプルした値Ｓｎ（１）をそのままＳｎ（０）に設定する。ステップ２０３で取り込めた場合は、ステップ２０４でナビゲーションの地図と照合し、４回先の制御タイミングの傾斜のデータを読み出し、ステップ２０５で傾斜Ｓｎ（０）データとして蓄積をする。次に、ステップ２０６では、前回からの傾斜の変化△Ｓｎ（ｉ）を
△Ｓｎ（ｉ）＝Ｓｎ（４）−Ｓｎ（５）・・・Ｓｎ（０）−Ｓｎ（５）
で計算し、さらにその値としきい値±αとを比較し判断フラグを立てる。判断フラグはしきい値内であれば０、それ以外であれば＋または−と設定する。このしきい値±αは、アクセルペダル１の重さが急激に変化する傾斜の範囲と誤差を考慮して決める。次に、ステップ２０７では、今回の制御タイミングの判断フラグが０か否かを判断する。判断フラグが０だったら、ステップ２０９で今回の傾斜Ｓｎ（４）を用い、リニアモータ１３ａを駆動する電流Ｉｃを
Ｉｃ＝Ｓｎ（４）×Ｋ
で計算する。Ｋは制御ゲインで、エンジン特性・車両諸元などを考慮して決められる。以降の説明・動作は、第１実施の形態と同様なので省略する。
【００２５】
以上説明してきたように、この発明の実施の形態２のアクセル反力制御装置については、実施の形態１の効果に加え次の効果がある。まず踏込反力発生手段をリニアモータ１３ａとしたことで、リターンスプリング９が通常と同じものとなり、制御しない状態において電流を０にできるとともに、故障した場合も平坦路と同じフィーリングになるだけで済むというメリットがある。さらに登降坂検出手段３３をナビゲーションシステム２８としたことで、これ１台で現在の傾斜も先の傾斜も検知することができ、システムのハードウェアにかかる費用が大幅に下がり、さらに近似計算・座標変換などの複雑な計算を必要としないため、ソフトウェアとしても簡素となり開発費削減・演算時間の短縮などが図れる。
【００２６】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計の変更等があっても、本発明に含まれる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、登り坂ではアクセルペダルが軽くなるので、同じ踏力でアクセルペダルを踏んでいても踏込量は自然に増加し、登り坂での負荷増加に応じたエンジン出力が得られ、速度低下を生じない。同様に下り坂では、アクセルペダルが重くなってエンジン出力が減り、速度の増加を招かないので、運転者の登降坂におけるアクセル操作量が自動的に補正され、速度変化が小さくなるため、登降坂のスムーズな走行が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を示す全体図である。
【図２】リニア比例ソレノイドの構成図である。
【図３】本発明の実施の形態２の構成を示す全体図である。
【図４】リニアモータの構成図である。
【図５】実施の形態１のフローチャートである。
【図６】実施の形態２のフローチャートである。
【図７】実施の形態１・２の各回の傾斜データの計測地点の例である。
【図８】傾斜データの計測例を示す図である。
【図９】実施の形態１の取り込み画像の例である。
【図１０】従来のアクセルペダルの操作機構である。
【符号の説明】
１アクセルペダル
１３リニア比例ソレノイド（踏込反力発生手段）
１３ａリニアモータ（踏込反力発生手段）
３３登降坂検出手段
２７スロットル開度センサ（アクセル開度センサ）
２８ナビゲーションシステム
２９エンジン回転数センサ
３０ＣＣＤカメラ
３１コントローラ（制御手段）

Claims

アクセルペダルの踏込反力を発生しかつその反力を可変に設定可変な踏込反力発生手段と、走行時車両に作用している走行負荷および登降坂状況を検出する登降坂検出手段と、この登降坂検出手段によって検出された走行負荷および登降坂状況に応じて前記踏込反力発生手段の反力を制御する制御手段とを備え、
前記踏込反力発生手段は、登り坂の傾斜のときは、その傾斜に応じてアクセル反力を軽く、下り坂の傾斜のときは、その傾斜に応じてアクセル反力を重くし、
前記踏込反力発生手段は、現在の傾斜に対して、しきい値±αをあらかじめ定めてこれを超える傾斜がある回数以上続かない場合は現在の傾斜の制御を継続し、傾斜がある回数以上継続するときに制御を新しいものに切換えることを特徴とする登降坂によるアクセル反力制御装置。
前記登降坂検出手段は、アクセル開度センサとエンジン回転数センサとＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項１記載の登降坂によるアクセル反力制御装置。
前記登降坂検出手段は、ナビゲーションシステムであることを特徴とする請求項１記載の登降坂によるアクセル反力制御装置。
前記踏込反力発生手段は、リニア比例ソレノイドであることを特徴とする請求項１または２または３記載の登降坂によるアクセル反力制御装置。
前記踏込反力発生手段は、リニアモータであることを特徴とする請求項１または２または３記載の登降坂によるアクセル反力制御装置。