JP4835539B2 - 駆動力制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、走行体の乗員により操作装置が操作され、かつ、駆動装置で発生する推力が制御されて、走行体の駆動力が発生するように構成された駆動制御装置に関するものである。

一般に、走行体においては、乗員により操作される操作装置と、この操作装置の操作状態および記憶されているデータに基づいて、前記走行体の目標駆動力を決定する電子制御装置と、目標駆動力に基づいて走行体を推進させる推力を発生する駆動装置とが搭載されている。このように、駆動装置を電子制御装置により制御するように構成された走行体、具体的には、車両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に記載されたエンジンのスロットル弁制御装置では、エンジンが過給機および吸気通路および排気通路を備えている。そして、吸気通路にはスロットル弁が設けられている。さらに、コントロールユニットから出力される制御信号に応じてアクチュエータが駆動され、そのアクチュエータにより前記スロットル弁が開閉されるように構成されている。また、前記コントロールユニットには、アクセルペダルの操作量、エンジン回転数、エンジン負荷などの信号が入力される。そして、エンジン回転数およびエンジン負荷およびアクセル操作量に基づいて、スロットル弁開度特性を制御するように構成されている。具体的には、「スロットル弁開度をアクセル操作量で除算した値」を異ならせた特性のもの５種類が、グラフ化されて用意されている。これらの５種類の特性のいずれかを、エンジン回転数、エンジン負荷により選択するものとされている。なお、車両に搭載された駆動装置に関する発明は、特許文献２にも記載されている。

特開平６−１４６９５１号公報 特開２００４−１８２２００号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたエンジンのスロットル弁制御装置では、５種類の特性がエンジンの状態に合わせて変更されているため、これら５種類の特性を変更した場合に、車両の乗員の感覚に適したものではない場合があり、車両の加速性に運転者が違和感を持つ可能性があった。

この発明の目的は、走行体の乗員が操作装置を操作した場合に、操作装置を操作することにともなう違和感を抑制することの可能な駆動力制御装置を提供することにある。

上記の目標を達成するために請求項１の発明は、走行体を推進させるための推力を発生する駆動装置と、前記走行体の乗員によって操作される操作装置と、この操作装置に加えられる操作力の変化量、または前記操作装置の操作量の変化量、または操作装置の操作速度に基づいて、前記走行体における目標駆動力を決定する目標駆動力決定装置と、決定された目標駆動力に基づいて、前記駆動装置で発生する推力を制御するコントローラとを有する駆動力制御装置において、前記操作装置に加えられる操作力の変化量、または前記操作装置の操作量の変化量、または前記操作装置の操作速度に対して、前記目標駆動力決定装置で決定する目標駆動力を指数関数的に変化させる目標駆動力算出手段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、前記目標駆動力算出手段は、前記操作装置に加えられる操作力が増加する場合と減少する場合とで、異なる指数関数を用いて前記目標駆動力を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、前記目標駆動力算出手段は、前記操作装置の操作量が増加する場合と減少する場合とで、異なる指数関数を用いて前記目標駆動力を変化させる手段を含むことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１の構成に加えて、前記目標駆動力算出手段は、前記操作装置の操作速度が相対的に速い場合と、相対的に遅い場合とで、異なる指数関数を用いて前記目標駆動力を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の発明において、前記操作装置が操作された際に操作に対する反力を発生する反力発生装置と、前記操作装置に加えられる操作力の変化量、または前記操作装置の操作量の変化量、または前記操作装置の操作速度に対して、前記反力発生装置により発生する反力を指数関数的に変化させる反力制御手段とを更に有することを特徴とする駆動力制御装置である。

請求項１の発明によれば、走行体の乗員が操作装置を操作すると、走行体における目標駆動力が決定される。また、決定された目標駆動力に基づいて、駆動装置で発生する推力が制御される。さらに、操作装置に加えられる操作力の変化量、または操作装置の操作量の変化量、または操作装置の操作速度に対して、目標駆動力決定装置で決定する目標駆動力を指数関数的に制御することができる。つまり、操作装置に加えられる操作力の変化量、または操作装置の操作量の変化量、または操作装置の操作速度に対して、走行体の駆動力を乗員の知覚特性に合わせて制御することができる。したがって、操作装置の操作にともなって乗員が受ける走行体の加速感が、乗員による操作に適合したものになるので、乗員が違和感を持つことを抑制できる。

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、操作装置に加えられる操作力が増加する場合と減少する場合とで、異なる指数関数を用いて、目標駆動力を制御することができる。したがって、加速要求が増加する場合と、加速要求が減少する場合とで、目標駆動力の変化量を異ならせることができ、乗員が違和感を持つことを一層確実に抑制できる。

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、操作装置の操作量が増加する場合と減少する場合とで、異なる指数関数を用いて、目標駆動力を制御することができる。したがって、加速要求が増加する場合と、加速要求が減少する場合とで、目標駆動力の変化量を異ならせることができ、乗員が違和感を持つことを一層確実に抑制できる。

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、操作装置の操作速度が速い場合と遅い場合とで、異なる指数関数を用いて目標駆動力を制御することができる。したがって、加速要求が増加することにともない、目標駆動力の変化量を異ならせることができ、乗員が違和感を持つことを一層確実に抑制できる。

請求項５の発明によれば、走行体の乗員が操作装置を操作すると、走行体における目標駆動力が決定される。また、決定された目標駆動力に基づいて、駆動装で発生する推力を制御する。さらに、操作装置が操作された際にその操作に対して反力が発生する。さらに、操作装置に加えられる操作力の変化量、または操作装置の操作量の変化量、または操作装置の操作速度に対して、反力発生装置により発生する反力を指数関数的に制御することができる。したがって、操作装置の操作にともなって操作装置から乗員が受ける感触が、乗員による操作に適合したものになるので、乗員が違和感を持つことを抑制できる。さらに、操作装置に加えられる操作力の変化量、または操作装置の操作量の変化量、または操作装置の操作速度に対して、目標駆動力を指数関数的に制御することができる。したがって、操作装置の操作にともなって乗員が受ける走行体の加速感が、乗員による操作に適合したものになるので、乗員が違和感を持つことを抑制できる。

この発明における走行体は、駆動装置で発生する推力で地上を走行するものであり、この走行体には、具体的には、乗用車、フォークリフト、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、走行体には乗員が操作する操作装置が設けられており、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、または一定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、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。この発明において、一定方向に動作可能な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または操作装置の操作量または操作速度のうち、少なくとも１つの事項が検知または判断され、その検知結果または判断結果に基づいて、駆動装置の動力が制御される。この発明において操作量とは、操作装置の動作量を意味している。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が判断され、その判断結果に基づいて、駆動装置が制御される。

この発明において、駆動装置は走行体を走行させる推力を発生させる装置である。前記走行体が地上を走行する車両である場合は、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、流体伝動装置のトルク比などが制御される。この発明において、反力発生装置は、操作装置が操作されると操作に対する反力を発生し、かつ、操作装置に加えられる操作力の変化量、または操作装置の操作量の変化量、操作装置の操作速度に対して、反力が変化する装置である。例えば、操作装置に加えられる操作力が増加するか、または操作量が増加するか、または操作装置の操作速度が速い場合は、発生する反力が増加するか、または高い反力が発生する。これに対して、操作装置に加えられる操作力が減少するか、または操作量が減少するか、または操作装置の操作速度が遅い場合、反力が低下するか、または低い反力が発生する。この発明において操作速度が「速い」、「遅い」とは、異なる速度同士の相対的な高低関係を意味しており、具体的な速度自体を意味するものではない。したがって、操作装置の操作速度が速くなることにともない、発生する反力が増加する。これに対して、操作装置の操作速度が遅くなることにともない、発生する反力が減少する。

この発明において、反力発生装置は、操作装置に加えられる操作力、操作装置の操作量、操作装置の操作速度などのパラメータを検知し、その検知されたパラメータに基づいて、反力を制御する構成のものを用いることが可能である。反力発生装置として、反力を制御することが可能なものを用いる場合において、操作装置が回転運動または直線運動をする際は、反力発生装置としては、バネの弾発力を操作装置に伝達して反力を発生させる機構、電動モータのトルクを操作装置に伝達して反力を発生させる機構、油圧シリンダの油圧を操作装置に伝達して反力を発生させる機構などを用いることができる。これに対して、操作装置として一定方向に動作しない構成が用いられている場合、反力発生装置としては、密封袋または流体封入室に充填された流体の圧力を、反力発生装置で変化させることにより、反力を増減することが可能である。具体的には、圧力制御弁を用いて、密封袋または流体封入室に充填された流体の圧力を制御することが可能である。なお、操作量の変化量、操作力の変化量、反力の変化量は、いずれも変化率、変化割合、変化勾配などで表すことが可能である。さらに、反力発生装置としては、操作装置に加えられる操作力、操作装置の操作量、操作装置の操作速度などのパラメータを検知することなく、機械的特性、または物理的特性などにより、反力が変化する構成のものを用いることも可能である。

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装置であり、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。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（図示せず）、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、シフトレバーは車両１の室内に設けられている。特に、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。さらに、アクセルペダル２６が踏み込まれた場合に、踏み込み力に対する反力を発生させる反力発生装置２７が設けられている。そして、アクセルペダル２６の踏み込み量に対して、反力発生装置２７で発生させる反力を増加および減少することが可能である。具体的には、停止しているアクセルペダル２６が踏み込まれて、その踏み込み量が増加した場合は反力が増加し、踏み込まれているアクセルペダル２６が停止位置に向けて戻される場合は、反力が減少する。さらに、反力発生装置２７は、アクセルペダル２６の踏み込み量の変化に対して、発生する反力を指数関数的に制御することが可能に構成されている。

このように、発生する反力を制御可能な反力発生装置２６としては、例えば、特開２００６−１９３０１２号公報に記載されている反力発生装置を用いることが可能である。具体的には、支持軸を中心として回転可能なアクセルペダルと、アクセルペダルに対して機械的に連結され、かつ、アクセルペダルの踏み込み操作により直線状に動作可能な可動部材と、同じく直線状に動作可能な支持部材とを設ける。そして、可動部材と支持部材とを圧縮コイルばねにより接続する。さらに、モータの回転運動を支持部材の直線運動に変換するラックアンド・ピニオン機構を設ける。このように構成すると、アクセルペダルに踏力が加えられると、圧縮コイルばねが圧縮されて、その弾発力に基づいた反力が発生する。そして、モータを駆動させて支持部材を可動部材に近づけると、圧縮コイルばねにより発生する反力が増加する。これに対して、モータを駆動して、支持部材を可動部材から離れる向きで動作させると、圧縮コイルばねにより発生する反力が低下する。このように、モータを駆動させて支持部材と可動部材との間隔を調整すれば、アクセルペダルの踏み込み量の変化に対して、反力を増減することが可能である。具体的には、アクセルペダルの踏み込み量の変化量に対して、反力を指数関数的に制御することも可能である。

また、反力発生装置２７としては、特開２００７−８３７８２号公報に記載されているものを用いることも可能である。これは、アクセルペダルを取り付けた回転軸が車体により支持されており、車体には直流モータ（ステップモータ）が固定されている。この直流モータには減速機が接続されており、その減速機のギヤが回転軸に相対回転可能に取り付けられている。そして、アクセルペダルとギヤとがねじりコイルばねにより接続されている。アクセルペダルを踏み込むとねじりコイルばねのねじり量が増加して反力が発生する。そして、直流モータを所定角度回転させると、ギヤに接続されたねじりコイルばねの端部が、円周方向に移動する。すると、ねじりコイルばねのねじれ量を増減することができる。このように、直流モータの回転角度を制御すれば、アクセルペダルの踏み込み量の変化に対応させて、反力を増減することが可能である。さらに、アクセルペダルの踏み込み量の変化量に対して、反力を指数関数的に制御することも可能である。

また、反力発生装置２７としては、特開２００６−１７６００１号公報に記載されているものを用いることが可能である。これは、アクセルペダルが軸を中心として回転可能に設けられており、そのアクセルペダルを初期位置に復帰させるリターンスプリングが設けられている。また、アクセルペダルの初期位置からの回転角度を検出するアクセル開度センサと、アクセルペダルに対して減速機を介して動力伝達可能に接続されたモータとを有している。そして、アクセル開度に応じた反力が生じるように、モータのトルクが制御される。モータのトルクの制御により、反力を増減可能である。また、アクセルペダルの踏み込み量の変化量に対して、反力を指数関数的に制御することも可能である。

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、ブレーキペダルの操作を示す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、エンジン出力を制御するマップおよびデータ、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、反力発生装置２７で発生する反力を制御するためのデータおよびマップが予め記憶されている。なお、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を有している。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。

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。また、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、エンジン出力、電動モータ７、ロックアップクラッチ１８の係合・解放、変速機９の変速比が制御される。

つぎに、アクセルペダル２６の踏み込み状態に基づいて、反力発生装置２７により発生する反力を制御する例を、図１のフローチャートに基づいて説明する。この図１では、アクセルペダル２６の操作量に基づいて、その操作に対する反力を制御することを説明する。まず、アクセルペダル２６の踏み込み量がアクセルセンサー２９により検知され（ステップＳ１）、その検知結果が電子制御装置２８でドライバーモデル（ドライバーの意図）として処理される。具体的には、アクセルペダル２６の踏み込み量が増加した場合、乗員の意図が「車速を上昇させる」、または「車両が登坂路を走行中に、車速が低下することを防止する」にあるものとして処理する。基本的には「加速意図あり」と判断される。これに対して、アクセルペダル２６の踏み込み量が減少した場合、乗員の意図が「車速を低下させる」、または「車両が降坂路を走行中に、車速が増加することを防止する」にあるものとして処理する。基本的には「加速意図なし」と判断される。ここで、アクセルペダル２６の踏み込み量は、アクセルペダル２６が踏み込まれていない状態（停止位置）からの踏み込み角度であり、この具体例では、アクセル開度θとして表す。そして、ステップＳ１では、単位時間あたりにおけるアクセル開度θの変化量も求められる。そして、アクセル開度θの変化量の算出結果に基づいて、反力発生装置２７で発生する反力、具体的には反力の変化量が求められる（ステップＳ２）。このステップＳ２の処理は後述する。さらに、ステップＳ２で求められた反力の変化量が生じるように、反力発生装置２７の制御を実行し（ステップＳ３）、リターンされる。

上記のステップＳ２の処理を具体的に説明する。アクセル開度θが所定値θ_０ 未満であれば数式１を用いて、アクセル開度θの一次関数である反力Ｆｈを計算する。これに対して、アクセル開度θが所定値θ_０ 以上である場合、下記の数式２を用いて、アクセル開度θの変化量（増加量）に対して、反力Ｆｈの変化量（増加量）を指数関数的に求める。ここで、数式１の一次関数と数式２の指数関数とは、アクセル開度θ_０ で連続的に接続されるものであり、例えば、数式２の指数関数におけるアクセル開度θ_０ での原点「零度」を通る接線を、数式１の一次関数として採用するとよい。なお、数式１に関しては、一次関数に限定されるものではなく、アクセル開度θが「零度」のときに反力Ｆｈが「零ニュートン」となり、かつ、数式２の指数関数と連続的に接続される関数であれば、種々の関数を採用することができる。
Ｆｈ＝ａ・θ ・・・（１）
Ｆｈ＝Ｆ０・exp （Ｋ１・θ） ・・・（２）

ここで、前記数式１の「ａ」は一次関数の傾きを表す定数（比例係数）である。次に、数式２の技術的意義を説明する。まず、本発明者らは、車両１の乗員によるアクセル開度θの変化量に対して、反力制御装置２７で発生する反力の変化量を、人間の知覚特性に合わせて制御する研究に取り組んだ。このような人間の知覚特性に関し、ウェーバー・ヘフナー（Weber-Fechner ）の法則によれば、人間の感覚量は与えられた刺激の物理量の対数に比例すると言われている。そこで、人間の操作量であるアクセル開度の変化量に対して、反力の変化量を制御する場合に、アクセル開度の変化量に対して、人間に与えられる刺激の物理量である「反力の変化量」をべき乗関数的に変化させれば、アクセル開度の変化量と、反力の変化量との関係を、人間の知覚特性に沿ったものとすることができると考えられる。つまり、アクセル開度の変化量と、操作に対する反力の変化量との関係に、車両１の乗員が違和感をもつことを抑制することが可能であると考えた。

このような、技術的思想に基づいて、上記の数式２を構築した。まず、数式２の「Ｆ０」は定数、具体的には乗員が知覚し得る最小反力である。また、数式２において「Ｋ１」は、ウェーバー比に基づく定数である。ウエーバー比とは、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であり、この「最小の差」は弁別閾と呼ばれている。ある範囲で、最小の差ΔＩと刺激の強さＩとの間に、
ΔＩ／Ｉ＝一定
とするウェーバーの法則が成り立つことが知られている。このウェーバー比は、感覚の種類により異なる値であることが知られている。このように、上記の数式２を用いることにより、アクセル開度の変化量に対して、反力発生装置２７で発生する反力を、指数関数的に制御することができる。

ところで、数式１および数式２は、共にアクセルペダル２６が踏み込まれる場合に対応するものである。これに対して、アクセルペダル２６が戻される場合に、ヒステリシスを付与する場合、またはアクセル開度の変化量（減少量）に対して、反力発生装置２７で発生する反力Ｆｈを指数関数的に減少させる場合は、次式を用いる。
Ｆｈ＝ｅ・θ ・・・（３）
Ｆｈ＝Ｆ１・exp （Ｋ１′・θ） ・・・（４）
ここで、アクセル開度θが所定値θ_０ 未満である場合は数式３を用い、アクセル開度θが所定値θ_０ 以上である場合は数式４を用いる。前記数式３の「ｅ」は一次関数の傾きを表す定数（比例係数）であり、この「定数ｅ」と前記「定数ａ」とは異なる。また、数式４の定数「Ｋ１′」はウェーバー比に基づく定数であり、「定数Ｋ１′」は前記「定数Ｋ１」とは異なる値である。

上記の数式１ないし数式４で求められた「アクセル開度の変化量と、反力の変化量との関係」をマップ化した特性線図の一例を、図４に示す。上記の各数式および図４は、いずれも電子制御装置２８に記憶されている。この図４において、上側の線で示す特性が、アクセルペダル２６が踏み込まれる場合に相当する踏力特性であり、下側の線で示す特性がアクセルペダル２６が戻される場合に相当する踏力特性である。同じアクセル開度において、上側の線と下側の線との差は、ヒステリシスである。

上記のようにして、アクセルペダル２６が踏み込まれた場合の反力を制御することにより、アクセル開度の変化量に対して、アクセルペダル２６に加えられる踏力を指数関数的に制御することができる。ここで、アクセル開度の変化量に対する踏力の変化量を、数式５および数式６を用いて求めることが可能である。アクセル開度θが所定値θ_０ 未満であれば数式５を用いて、アクセル開度θの一次関数である踏力Ｆを計算する。これに対して、アクセル開度θが所定値θ_０ 以上であれば下記数式６を用いて、アクセル開度θの指数関数である踏力Ｆを計算する。
Ｆ＝ａ・θ ・・・（５）
Ｆ＝Ｆ０・exp （Ｋ１・θ） ・・・（６）

ところで、数式５および数式６は、共にアクセルペダル２６が踏み込まれる場合に対応するものである。これに対して、アクセルペダル２６が戻される場合に、アクセル開度の変化量に対して、踏力Ｆを指数関数的に変化させる場合は次式を用いる。
Ｆ＝ｅ・θ ・・・（７）
Ｆ＝Ｆ１・exp （Ｋ１′・θ） ・・・（８）
ここで、アクセル開度θが所定値θ_０ 未満である場合は数式７を用い、アクセル開度θが所定値θ_０ 以上である場合は数式８を用いる。なお、数式５ないし数式８において、各記号の意味は、前述と同じである。

このように、アクセル開度の変化量に対して、踏力を指数関数的に制御する場合の特性線図（マップ）の一例を、図５に示す。この図５において、上側の線で示す特性が、アクセルペダル２６が踏み込まれる場合に相当する踏力特性であり、下側の線で示す特性がアクセルペダル２６が戻される場合に相当する踏力特性である。同じアクセル開度において、上側の線と下側の線との差は、ヒステリシスである。

ここで、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Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が、この発明の反力制御手段に相当する。また、図２に示された構成と、この発明の構成との関係を説明すると、アクセルペダル２６が、この発明の操作装置に相当し、エンジン２、電動モータ７、トルクコンバータ８、変速機９、ロックアップクラッチ１８が、この発明における駆動装置に相当し、電子制御装置２８が、この発明における目標駆動力決定装置およびコントローラに相当する。以上のように、図１の制御例においては、アクセル開度の変化量に対して、反力発生装置２７で発生する反力を指数関数的に制御することができる。したがって、アクセルペダル２６の操作量の変化にともなって、乗員がアクセルペダル２６から受ける感触が、乗員によるアクセルペダル２６の操作に適合したものになるので、乗員が違和感を持つことを抑制できる。

これに対して、アクセル開度の変化量に対して、踏力が常に一次関数的に変化する場合の比較例について説明する。この比較例では、踏力Ｆを次式により求めることが可能である。
Ｆ＝ａ×θ＋ｂ ・・・（９）
Ｆ＝ｃ×θ＋ｄ ・・・（１０）
ここで、アクセルペダルが踏み込まれる場合は数式９を用い、アクセルペダルが戻される場合は、数式１０を用いる。この数式９および数式１０を用いて求めたアクセル開度と踏力との関係を、図６の特性線図に示す。数式９において、アクセル開度θ_０ 以上でアクセルペダルが踏み込まれた場合の特性を示す直線を延長した踏力が、「ｂ」である。数式１０において、アクセル開度θ_０ 以上でアクセルペダルが戻された場合の特性を示す直線を延長した踏力が、「ｃ」である。また、数式９の「ａ」、数式１０の「ｄ」は共に一次関数の傾きを表す定数である。上記の図５と図６とを比較すると、アクセル開度θ_０ 以上の範囲では、アクセル開度の変化量が同じであっても、踏力が異なることが分かる。

つぎに、車両１の前後方向における加速度の変化に、乗員が違和感を持つことを抑制するための制御例を、図７に基づいて説明する。まず、車速およびアクセル開度θおよびその変化量が検知もしくは判断され（ステップＳ１１）、このステップＳ１１についで、目標駆動力および目標駆動力の変化量が求められる（ステップＳ１２）。図７のステップＳ１１の処理は、図１のステップＳ１の処理と同じである。このステップＳ１２の処理には、数式１１が用いられる。
Ｆｄ＝Ｃ・（Ｆ０・exp （Ｋ１・θ））^Ｋ２ ・・・（１１）
この数式１１において、「Ｆｄ」は目標駆動力であり、「Ｃ」は定数であり、添え字（上付き）の「Ｋ２」はべき乗指数である。この数式１１は、アクセル開度θの変化量に対して、目標駆動力Ｆｄが指数関数的に変化することを示している。数式１１はアクセル開度θが増加する場合、およびアクセル開度θが減少する場合の両方に用いることが可能である。具体的には、アクセル開度が増加すると目標駆動力が高まり、アクセル開度が減少すると、目標駆動力が低下する。

さらに、車両１の実際の駆動力およびその変化量を、ステップＳ１２で求められた目標駆動力およびその変化量に近づけるように、エンジン出力、電動モータ７のトルク、変速機９の変速比（変速段）、ロックアップクラッチ１８の係合・解放などのうち、少なくとも１つの事項を制御し（ステップＳ１３）、リターンする。エンジン出力を制御する場合、燃料噴射量、点火時期、電子スロットルバルブ６の開度（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、エンジン出力を制御可能である。エンジン出力を高めることにより、車両１の駆動力を高めることが可能である。また、電動モータ７のトルクを高めることにより、車両１における実際の駆動力を高めることが可能である。これに対して、エンジン出力を低下させることにより、車両１の駆動力を低下させることが可能である。また、電動モータ７のトルクを低下させることにより、車両１における実際の駆動力を低下させることが可能である。また、変速機９の変速段を制御することにより、変速機９に入力されるトルクに対して、変速機９から出力されるトルクの増幅程度を変更することが可能である。具体的には、実際の駆動力を高める場合、変速機９の変速比を大きくする制御をおこなう。これに対して、実際の駆動力を低下させる場合、変速機９の変速比を小さくする制御をおこなう。さらに、実際の駆動力を高める場合、ロックアップクラッチ１８を解放して、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。これに対して、実際の駆動力を低下させる場合、ロックアップクラッチ１８を係合して、トルクコンバータ８におけるトルク増幅をおこなわないようにすることが可能である。

このようにして求められる目標駆動力変化量は、運転者が知覚し得る物理量であり、前述したウェーバー・ヘフナーの法則に従ったものである。したがって、この具体例で説明した方法で目標駆動力の変化量を決定し、その目標駆動力の変化量に、実駆動力の変化量を近づけるように、ステップＳ１３の制御をおこなって車両１の加速度を制御すれば、アクセル開度２６の変化量と、車両１の前後加速度の変化量との関係が、人間の知覚特性に沿ったものとなり、加速特性に違和感を持つことを抑制できる。なお、図７の制御を模式化したものを図８に示す。この図８は、アクセル開度の変化量に対して、目標駆動力を指数関数的に制御する場合の特性線図（マップ）である。また、実駆動力の変化量を、目標駆動力の変化量に近づけるように、エンジン用電子制御装置３０、モータ用電子制御装置２１、変速機用電子制御装置３２に信号が出力されることが模式的に示されている。図６の制御をおこなう場合、各数式を用いてアクセル開度の変化量に対して、目標駆動力を指数関数的に制御してもよいし、図７のマップを用いて、アクセル開度の変化量に対して、目標駆動力を指数関数的に制御してもよい。

つぎに、アクセル開度と車両の加速度との関係をより具体的に説明する。ここで、車両の加速度とは、車両の前後方向における加速度を意味する。乗員の体感加速度と、車両の加速度との関係は数式１２で表すことが可能である。
Ｇ１＝ｋ_１ log Ｇ ・・・（１２）
また、乗員の体感する加速度とアクセルペダルの踏力との関係が線形である場合、数式１３で表すことが可能である。
Ｇ１＝ｋ_２ log Ｆ ・・・（１３）
また、車両の加速度とアクセルペダルの踏力との関係が線形である場合、数式１４で表すことが可能である。
Ｇ＝exp （ｋ_２ Ｆ／ｋ_１ ）＝exp （ＫＦ） ・・・（１４）
ここで、Ｇ１は乗員が体感する加速度であり、Ｇは車両の加速度であり、Ｆはアクセルペダルに加えられる踏力であり、ｋ_２ およびｋ_１ は定数である。これらの数式１２ないし数式１４においては、乗員が体感する加速度が対数関数的に表されている。

一方、アクセルペダル２６には運転者の操作性向上、疲労度低減を目的としてヒステリシスが設けられており、アクセルペダル２６の踏み込み時と戻し時とでは、アクセル開度と車両の加速度との関係に、運転者が違和感を持つ可能性がある。このような不都合を回避するための制御例を図９に示す。この図９は、目標駆動力を指数関数的に制御する場合に、アクセル開度が増加する場合と、アクセル開度が減少する場合とで、目標駆動力の求め方を異ならせる制御である。言い換えれば、図７のステップＳ１２の処理をより具体化した制御例である。図９においては、アクセル開度が増加したか（ｄθ＞零度）否かが判断される（ステップＳ２１）。このステップＳ２１で肯定的に判断された場合は、アクセル踏み増し側における目標駆動力の変化量Ｎを算出し（ステップＳ２２）、リターンする。アクセル踏み増し側とは、アクセル開度が増加することを意味する。このステップＳ２２では、数式１５を用いる。
Ｎ＝exp （ＫＦ_ｉｎｃ ）
＝exp （Ｋ（ａ×θ＋ｂ）） ・・・（１５）
この数式１５において、「Ｋ」は定数であり、「ａ」はアクセルペダル２６に加えられる踏力と操作量との関係を示す比例定数であり、「ｂ」はアクセルペダル２６に加えられる踏力と操作量との関係を示す切片定数である。

一方、前記ステップＳ２１で否定的に判断された場合は、アクセル戻し側における目標駆動力の変化量Ｎを算出し（ステップＳ２３）、リターンする。アクセル戻し側とは、アクセル開度が減少することを意味する。このステップＳ２３では、数式１６を用いる。
Ｎ＝exp （ＫＦ_ｄｅｃ ）
＝exp （Ｋ（ｃ×θ＋ｄ）） ・・・（１６）
この数式１６において、「Ｋ」は定数であり、「ｃ」はアクセルペダル２６に加えられる踏力と操作量との関係を示す比例定数であり、「ｂ」はアクセルペダル２６に加えられる踏力と操作量との関係を示す切片定数である。

このように、アクセル踏み増し側とアクセル戻し側とで、異なる指数関数を用いて目標駆動力の変化量を求めることができる。そして、実際の駆動力の変化量を、目標駆動力の変化量に近づけるように、エンジン出力、電動モータ７のトルク、変速機９の変速段、ロックアップクラッチ１８の係合・解放を制御する点は、前述と同じである。また、図９の制御を模式化したものを図１０に示す。この図１０には、車速およびアクセル開度の増減量を判定し、目標駆動力（要求駆動力）を指数関数的に制御する場合の特性線図（マップ）が示されている。また、実際の駆動力の変化量を、目標駆動力に近づけるように、エンジン用電子制御装置３０、モータ用電子制御装置３１、変速機用電子制御装置３２に信号が出力されることが模式的に示されている。この図１０において、上側の線で示す特性が、アクセルペダル２６が踏み込まれる場合に相当する目標駆動力の変化量であり、下側の線で示す特性がアクセルペダル２６が戻される場合に相当する目標駆動力の変化量である。同じアクセル開度において、上側の線と下側の線との差は、ヒステリシスである。

なお、図１のステップＳ１において、アクセル開度の変化量に代えて、アクセルペダル２６に加えられる踏力の変化量を求め、ステップＳ２，Ｓ３では、アクセルペダル２６に加えられる踏力の変化量に対して、反力発生装置２７で発生する反力を指数関数的に制御する処理をおこなうことも可能である。この場合、図４および図５のマップを用いて、アクセルペダル２６に加えられる踏力の変化量から、間接的に反力の変化量を求めることができる。また、図１のステップＳ１において、アクセル開度の変化量に代えて、アクセルペダル２６の操作速度を求め、ステップＳ２，Ｓ３では、アクセルペダル２６の操作速度に対して、反力発生装置２７で発生する反力を、指数関数的に制御する処理をおこなうことも可能である。これは、数式中のアクセル開度を操作速度に置き換えておこなうことができる。また、図７のステップＳ１１において、アクセル開度の変化量に代えて、アクセルペダル２６に加えられる踏力の変化量を検知し、ステップＳ１２，Ｓ１３では、目標駆動力を指数関数的に制御することも可能である。この場合、図５および図８のマップを用いて、アクセルペダル２６に加えられる踏力の変化量から、間接的に目標駆動力の変化量を求めることができる。

また、図７のステップＳ１１において、アクセル開度の変化量に代えて、アクセルペダル２６の操作速度を求め、ステップＳ１２，Ｓ１３において、アクセルペダル２６の操作速度に対して、反力発生装置２７で発生する反力を指数関数的に制御することも可能である。これは、数式中のアクセル開度を操作速度に置き換えておこなうことができる。また、図９の制御を実行する場合に、ステップＳ２１で踏力が増加するか減少するかを判断し、踏力が増加する場合にステップＳ２２に進み、踏力が減少する場合にステップＳ２３に進むルーチンを採用することもできる。この場合、図５および図１０に基づいて、踏力の変化量から間接的に目標駆動力の変化量を求めることが可能である。さらに、図９の制御を実行する場合に、ステップＳ２１でアクセルペダル２６の操作速度が増加するか減少するかを判断し、操作速度が上昇する場合にステップＳ２２に進み、操作速度が低下する場合にステップＳ２３に進むルーチンを採用することもできる。このように、「アクセル開度θの変化量」に代えて「アクセルペダルに加えられる踏力の変化量」、または「アクセルペダルの操作速度」を用いて制御をおこなった場合にも、反力および目標駆動力が指数関数的に変化する特性となるため、前記と同様の効果を得られる。なお図１に示されたステップＳ１の処理、および図７に示されたステップＳ１１の処理は、アクセルペダル（操作装置）の操作状態を検知する「操作状態検知手段」として把握することも可能である。

また、図１の制御例および図７の制御例は、いずれか一方のみをおこなうことが可能である。さらに、図１の制御例および図７の制御例を同時に（並行して）おこなうことが可能である。すると、アクセル開度の変化に対して、目標駆動力および反力が共に指数関数的に変化するため、車両の乗員の違和感を一層確実に抑制することができる。なお、各制御例を実行する場合に、各数式を用いて反力の変化量、目標駆動力の変化量をリアルタイムで求めてもよいし、予め電子制御装置２８に記憶されているマップを用いて、反力の変化量、目標駆動力の変化量を求めてもよい。さらに、各制御例においては、「定数Ｋ」としてウェーバー比に基づく定数を用いる場合について説明しているが、スチーブンスの法則を用いて「定数Ｋ」を選択することも可能である。スチーブンスの法則とは、感覚Ｅの大きさは刺激の強さＩのべき関数であるとするものであり、数式１７により表される。
Ｅ＝ＫＩ^ｎ ・・・（１７）
そして、べき関数の指数ｎに基づいて、「定数Ｋ」を選択すればよい。このようにスチーブンスの法則を用いた場合も、ウェーバー・ヘフナーの法則を用いた場合と同様の効果を得られる。

また、図２および図３に示された車両は、エンジン２および電動モータ７の動力が車輪（後輪）３に伝達される構成の二輪駆動車であるが、エンジン２および電動モータ７の動力が車輪（前輪）に伝達される構成の二輪駆動車においても、この発明を採用できる。さらに、エンジン２および電動モータ７の動力が車輪（前輪および後輪）に伝達される構成の四輪駆動車にも、この発明を採用できる。なお、動力源としてエンジンまたは電動モータのいずれか一方が設けられた車両にも、この発明を適用できる。さらにまた、ロックアップクラッチおよび変速機を制御するアクチュエータとして、電磁力を用いたアクチュエータを有する車両にも、この発明を適用可能である。

ところで、上記の具体例では、アクセルペダル２６の操作状態に基づいて各種のセンサが信号を発生し、その信号を電子制御装置２８で処理し、その処理結果に基づいた制御信号が電子制御装置２８から出力されて、反力発生装置２７で発生する反力が制御される構成および制御について説明している。これに対して、アクセルペダル２６の操作状態を電気的、または電磁気的、または光電的に検知するセンサを用いることなく、かつ、電子制御装置を用いることなく、反力発生装置で発生する反力を指数関数的に変更できるように構成することも可能である。例えば、反力発生装置が、圧縮コイルばねにより反力を発生するように構成されている場合、アクセルペダル２６の操作力の変化、アクセルペダル２６の操作量の変化、アクセルペダルの操作速度に対して、発生する反力が指数関数的に変化するように、圧縮コイルばねのばね定数、ばねの本数、ばねのストロークなどの機械的特性を設計することにより、このような反力発生装置を構成可能である。

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。 図１の制御において、アクセル開度の変化量と反力の変化量との関係を示す特性線図である。 図１の制御において、アクセル開度の変化量と踏力の変化量との関係を示す特性線図である。 比較例の制御において、アクセル開度の変化量と踏力の変化量との関係を示す特性線図である。 この発明の制御を車両で実行する、他の制御例を示すフローチャートである。 図６の制御を模式化した概念図である。 この発明の制御を車両で実行する、さらに他の制御例を示すフローチャートである。 図９の制御を模式化した概念図である。

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、 ２６…アクセルペダル、 ２７…反力発生装置、 ２８…電子制御装置。

Claims (5)

1. 走行体を推進させるための推力を発生する駆動装置と、前記走行体の乗員によって操作される操作装置と、この操作装置に加えられる操作力の変化量、または前記操作装置の操作量の変化量、または操作装置の操作速度に基づいて、前記走行体における目標駆動力を決定する目標駆動力決定装置と、決定された目標駆動力に基づいて、前記駆動装置で発生する推力を制御するコントローラとを有する駆動力制御装置において、
   前記操作装置に加えられる操作力の変化量、または前記操作装置の操作量の変化量、または前記操作装置の操作速度に対して、前記目標駆動力決定装置で決定する目標駆動力を指数関数的に変化させる目標駆動力算出手段を有することを特徴とする駆動力制御装置。
2. 前記目標駆動力算出手段は、前記操作装置に加えられる操作力が増加する場合と減少する場合とで、異なる指数関数を用いて前記目標駆動力を変化させる手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の駆動力制御装置。
3. 前記目標駆動力算出手段は、前記操作装置の操作量が増加する場合と減少する場合とで、異なる指数関数を用いて前記目標駆動力を変化させる手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の駆動力制御装置。
4. 前記目標駆動力算出手段は、前記操作装置の操作速度が相対的に速い場合と、相対的に遅い場合とで、異なる指数関数を用いて前記目標駆動力を変化させる手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の駆動力制御装置。
5. 前記操作装置が操作された際に操作に対する反力を発生する反力発生装置と、
   前記操作装置に加えられる操作力の変化量、または前記操作装置の操作量の変化量、または前記操作装置の操作速度に対して、前記反力発生装置により発生する反力を指数関数的に変化させる反力制御手段と
   を更に有することを特徴とする請求項１に記載の駆動力制御装置。

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