JP5326805B2 - アクセルペダル踏力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のアクセルペダルの踏力を制御するアクセルペダル踏力制御装置に関する。

特許文献１には、アクセルペダルの踏込速度を検出し、所定値以上の踏込速度のときに、アクセルペダルに踏込方向とは逆向きに力を与える抵抗装置を設けた構成が開示されている。つまり、運転者がアクセルペダルを急激に踏み込もうとしたときに、アクセルペダルを重くし、急加速や急発進を抑制して燃料消費量の低減を図っている。そして、特許文献１では、運転者による踏込力が所定値以上のときはアクセルペダルの踏込を可能とし、例えば危険回避のための急加速等を行えるようにしている。

特開昭５８−４２５号公報

上記特許文献１の技術においては、燃料消費という観点から常に一定の踏込速度を閾値としてアクセルペダル踏力を増大する。しかしながら、アクセルペダルは、運転者が車両を意図通りに運転する上で主要な操作部材であり、運転者が体感するその操作感やその結果生じる車両の運転性への影響は、車両全体の品質の評価に直結するほどに非常に重要であるから、この種の燃費低減に寄与する踏力制御装置の実用化に際しては、燃費低減とアクセルペダルの操作感ないし車両の操作性とを高い次元で調和させる必要がある。

本発明者らは、この種の燃費低減に寄与する踏力制御装置の実用化のために多くの試作を行い走行実験を重ねてきたが、これらの実験により、上記特許文献１のように燃料消費の観点から定まる特定の踏込速度でもって一律に踏力を増大させると、運転者に過度に違和感を与え、好ましくないことが判明した。つまり、基本的にこの種の踏力制御装置は、運転者の加速操作の途中でアクセルペダルの踏力を急に大きくすることになるので、例えば車両の加速に必要な駆動力が比較的大きい状況などでは、運転者の意図通りの加速が実現できずに運転者に不満を与える結果となり易い。また、単に加速性能の劣る車両であると誤解されてしまう懸念もある。

そこで、本発明は、アクセル開度変化速度が所定の変化速度閾値よりも大きいときに、アクセルペダルの踏力をベース踏力よりも増加させるアクセルペダル踏力制御装置において、上記変化速度閾値を車速に応じて設定し、車速が低い場合の変化速度閾値に対して車速が高い場合の変化速度閾値を相対的に大きく設定するようにした。さらに、周囲の空気密度を検知する手段を有し、空気密度が小さいほど変化速度閾値を大きくするようにした。

本発明によれば、運転者がアクセルペダルを踏み込んだ際に、アクセル開度変化速度が所定の変化速度閾値よりも大きい場合はアクセルペダル踏力がベース踏力よりも増加するため、アクセルペダルの過度の踏み込みが抑制され、燃費の低減を実現できる。

そして、車速が高い条件下では、運転者の加速の意図に対しより大きなアクセル開度が必要となるため、アクセルペダル踏力が増加すると、アクセルペダルを十分に踏み込めずに加速できない状況となるが、本発明では、このときに変化速度閾値が相対的に大きくなるので、より急な踏込操作でもベース踏力のままでの踏み込みが許容され、運転者の意図に沿った車両の加速が可能となる。

また、空気密度が小さいほど変化速度閾値を大きくすることで、標高が高い高地や外気温が高い場合などの空気密度の低下に伴う内燃機関出力の低下を補うことができる。

本発明に係るアクセルペダル踏力制御装置のシステム構成を踏力変更機構の概略とともに模式的に示した説明図。 本発明における踏力変更機構の一実施例を模式的に示す説明図。 本発明におけるアクセルペダル踏力の特性例を示す特性図。 本発明の一実施例における発進後の車速、アクセルペダル踏力の増加分及びアクセル開度の変化を示すタイミングチャート。 車速に対する変化速度閾値、全開時駆動力、走行抵抗の相関関係を模式的に示した説明図。 空気密度による補正の実施例を示す車速に対する変化速度閾値の特性図。 本発明における踏力制御の処理の流れを示すフローチャート。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

このアクセルペダル踏力制御装置は、基本的には、図示しない車両の車体１に設けられたアクセルペダル２の踏力（操作反力）を可変的に制御するものであって、後述するように、車両に設けられたアクセルペダル２の開度変化速度（踏込速度）を検知する手段と、アクセルペダル２の踏力をベース踏力から変更する手段と、を有し、アクセルペダル２の踏込時の開度変化速度が所定の変化速度閾値よりも大きいときにはアクセルペダル２の踏力をベース踏力よりも増加させるものである。

アクセルペダル２は、図１，図２に示すように、回転軸３上に設けられて該回転軸３を支点として揺動するように構成され、一端が車体１に固定されるとともに他端が回転軸３に固定された種々の形態のリターンスプリング４によって、アクセル閉方向への反力が与えられている。また、回転軸３の一端が車体１に軸受５を介して回転自在に支持されている一方、回転軸３の他端付近に、アクセル開度検知手段ならびにアクセル開度変化速度検知手段となるアクセルポジションセンサ６が設けられている。このアクセルポジションセンサ６は、アクセルペダル２の位置（開度）に応じた出力信号を出力するものであり、その微小時間での変化量から開度変化速度が求められる。

なお、本実施例では、アクセルペダル２の位置つまり踏込量（アクセル開度）と内燃機関（図示せず）のスロットルバルブ（図示せず）の開度とが互いに連動し、アクセルペダル２の踏込量に応じて内燃機関のスロットルバルブ開度が増大する。つまり、アクセル開度に応じて燃料噴射量（ひいては燃料消費量）が増大する。

そして、踏力変更機構としては、回転軸３の回転に摩擦力を与える互いに対向した一対の摩擦部材７ａ，７ｂを備えた可変フリクションプレート７からなり、一方の摩擦部材７ａは、回転軸３の端部に機械的に結合して設けられ、他方の摩擦部材７ｂは、スプライン等を介して、固定軸８に、軸方向移動自在かつ非回転に支持されている。上記固定軸８は、車体１に固定支持されている。さらに、上記摩擦部材７ｂを摩擦部材７ａへ向けて付勢するアクチュエータ（例えば電磁ソレノイド）９が車体１に固定されている。

上記可変フリクションプレート７は、アクチュエータ９の作動により摩擦部材７ｂを軸方向（図１における矢印Ａ１方向）へ移動させ、これにより、摩擦部材７ａと摩擦部材７ｂとの間の摩擦力を可変的に制御する。このアクチュエータ９の作動は、コントロールユニット１０によって制御されている。従って、アクチュエータ９の作動を、コントロールユニット１０が制御することで、回転軸３に付与される摩擦力ひいてはアクセルペダル２の踏込時の踏力を変更することができる。

上記コントロールユニット１０には、アクセルペダル２の開度を検知する上記のアクセルポジションセンサ６のほか、車両の傾きから道路勾配を検知する加速度センサ１１、周囲の大気圧を検知する大気圧センサ１２、吸気温度を検知する吸気温センサ１３、車速を検知する車速センサ１４、車両のシート（図示せず）に内蔵されて乗員が搭乗しているか否かを感知する座圧センサ１５、変速機の変速比を検知するギアポジションセンサ１６、等の各種センサからの信号が入力されており、さらに、車両の現在位置とこの現在位置付近の地図情報が入手可能なカーナビゲーションシステム１７からの情報、及び、自車と前方車両との間の車間距離を検知するレーザーレーダー１８からの信号が入力されている。

なお、変速機としては、例えば変速比が連続的に変化する無段変速機が用いられ得るが、有段補助変速機構とトルクコンバータとを組み合わせた形式の自動変速機や手動変速機などであってもよい。なお、無段変速機の場合は、入力軸側および出力軸側の回転速度の比として変速比を求めることが可能である。

図３は、上記実施例におけるアクセルペダル踏力の特性を概略的に示しており、基本的な踏力つまりベース踏力は、開度増加方向と開度減少方向とで適度なヒステリシスを有しつつ、アクセル開度に対しほぼ比例的に増加する。そして、開度増加方向への操作時つまり踏込時に、アクセル開度が所定のアクセル開度よりも大きいことを条件として、アクセル開度変化速度が所定の変化速度閾値よりも大きいときには、アクセルペダル踏力は破線で示すようにベース踏力よりもステップ的に増加する。このようにアクセルペダル踏力がステップ的に増大することで、運転者によるアクセルペダル２のそれ以上の踏込が自然に抑制され、かつ同時に、運転者に対し、燃料消費率が高い（つまり燃費が悪い）運転状態に移行したことを確実に報知することができる。

図４は、車両発進時にアクセル開度変化速度によるアクセルペダル踏力の増加がなされる場合の例を示したタイムチャートであって、車両発進時に、アクセルペダル２の踏込速度つまりアクセル開度変化速度が所定の変化速度閾値よりも大きい場合は、図４に実線で示すように、アクセルペダル２の踏力の増加がなされる。一方、アクセルペダル２の踏込速度つまりアクセル開度変化速度が所定の変化速度閾値以下である場合には、図４に破線で示すように、アクセルペダル２の踏力の増加は行わない。

ここで、上記のアクセル開度増加方向でのアクセルペダル２の踏力増加は、例えば、アクセルペダル２の操作方向がアクセル開度減少方向に反転したときに直ちに解除するようにしてもよく、あるいは、アクセル開度が上記の所定開度以下に減少したときに解除するようにしてもよい。なお、アクセルペダル２の踏込速度つまりアクセル開度の変化速度は、時間的な変化速度であり、図４におけるアクセル開度の傾きでもって表され、この傾きが小さいほどアクセルペダル２がゆっくりと踏み込まれることを意味し、傾きが大きいほどアクセルペダル２が速く踏み込まれることを意味する。

ここで、本実施例では、上記コントロールユニット１０は、図５に示すように、運転者の操作によりアクセルペダル２の開度が増加し始めたときの車速（つまり、全閉ないしある一定の中間開度から踏込が行われたときの初期の車速）に応じて、アクセルペダル２の踏力を増加させる変化速度閾値を変更する。詳述すると、アクセルペダル２の開度が増加し始めたときの車速が低い場合には、相対的に小さな第１変化速度閾値を選択し、アクセルペダル２の開度が増加し始めたときの車速が高い場合には、相対的に大きな第２変化速度閾値を選択する。

換言すると、アクセルペダル２の開度増加操作の際の車速が低い場合、比較的小さなアクセル開度変化速度でもって踏力の増加が生じ、図５に斜線を施して示す踏力増加領域が大きく確保されるのに対し、アクセルペダル２の開度増加操作の際の車速が高い場合は、比較的大きなアクセル開度変化速度でなければ踏力の増加が生じず、踏力増加を行わない踏力非増加領域が比較的大きくなる。

なお、段階的に変化する第１変化速度閾値と第２変化速度閾値との間では、変化速度閾値は、車速の変化に伴い、図５に示すように、第１変化速度閾値から第２変化速度閾値へと連続的に変化していく。

図５は、横軸の車速に対し、変化速度閾値と、適正な変速制御を前提としたアクセル全開時の車両駆動力特性と、走行抵抗と、の相関関係を模式的に示した説明図であって、図示するように、発進時等の低車速域では、変速比が大きく与えられることからアクセル全開時の車両駆動力が大であり、僅かなアクセル操作であっても大きな車両駆動力が発生するため、必要以上に車両駆動力を発生させやすく、無駄な加速を行いがちになる。従って、低車速域では変化速度閾値を第１変化速度閾値のように相対的に小さく設定することで、アクセルペダル２の踏力増加を比較的小さいアクセル開度変化速度でも発生させ、運転者によるアクセルペダル２の踏み込み過ぎを積極的に防止することで、全体的な燃費の低減を実現することができる。

一方、中高車速域では、変速比が低くなるためアクセル全開時の車両駆動力ひいては単位量のアクセル操作に対し増加する車両駆動力が小さくなり、必要以上の加速は生じにくくなる。さらに、中高車速域では、車両の走行抵抗（空気抵抗やころがり抵抗）も大きくなることから、定速走行に必要な要求駆動力が大きくなる。またアクセル全開時の車両駆動力と走行抵抗との差として表される余裕駆動力も小さくなる。このような状況下でアクセルペダル２の踏力の増加が行われると、それ以上にアクセルペダル２を踏み込めずに、加速できなくなってしまう。従って、中高車速域では、変化速度閾値を第２変化速度閾値のように相対的に大きく設定し、比較的大きなアクセル開度変化速度までベース踏力のみでのアクセルペダル２の速やかな踏込を許容することで、円滑な車両の加速が可能となる。

また、変化速度閾値は、車速の変化に伴い、第１変化速度閾値と第２変化速度閾値との間で連続的に変化するので、運転者は違和感を感じることなくアクセルペダル２の操作を行うことができる。つまり、車速が低車速域と中高車速域との過渡状態にある場合でも、所定の車速を境にステップ的に変化速度閾値が変化することはないので、運転者は違和感を感じることなくアクセルペダル２の操作を行うことができる。なお、上記実施例では、第１変化速度閾値と第２変化速度閾値との２段階に変化速度閾値を設定するが、本発明はこれに限らず、さらに多段階に変化速度閾値を設定するようにしてもよく、さらには、車速の全域に亘って変化速度閾値が連続的に変化するように構成してもよい。

ところで、上記実施例では、車両の走行抵抗ならびにアクセル全開時の車両駆動力特性を示すパラメータとして車速を用いており、実質的に車両の走行抵抗とアクセル全開時の車両駆動力特性との双方を考慮して変化速度閾値を設定したものとなっているが、いずれか一方のみに基づいて変化速度閾値を設定するようにしてもよい。例えば、アクセル全開時の車両駆動力特性を示すパラメータとして変速機の変速比を用い、そのときの変速比に応じて変化速度閾値を設定するようにしてもよい。なお、図５に示したアクセル全開時の車両駆動力特性は例えば無段変速機によるものであるが、有段補助変速機構を備えた自動変速機や手動変速機の場合でも、車速に対する車両駆動力の特性は、基本的には変わりがなく、低車速側ほど大きな変速比が用いられるため車両の駆動力は大であり、高車速側ほど小さな変速比が用いられるため車両の駆動力は小となる。例えば有段変速機構の場合は、各々の変速段に対応して複数の変化速度閾値のいずれかを選択的に設定するなどの手法が可能である。

また、走行抵抗を示すパラメータとして車速以外のパラメータに着目して、可変的に変化速度閾値を設定することもできる。例えば、道路の勾配（上り勾配を正とする）が大きい場合や、乗車人数等により車両の搭載重量が大きい場合には、車両の走行抵抗が大である。従って、勾配が小さい場合の変化速度閾値に対して勾配が大きい場合の変化速度閾値を相対的に大きく設定し、あるいは、搭載重量が小さい場合の変化速度閾値に対して搭載重量が大きい場合の変化速度閾値を相対的に大きく設定することができる。なお、これらのパラメータによる走行抵抗の大小は、車速に基づく走行抵抗（主に空気抵抗やころがり抵抗）に代えて用いるようにしてもよく、あるいは、車速に基づく走行抵抗に加えて用いるようにしてもよい。

ここで、道路の勾配は、加速度センサ１１の検出値を用いて検知可能である。またカーナビゲーションシステム１７から現在位置とその周辺の地図情報が入手可能な場合には、この地図情報を基に現在地の道路の勾配を検知することも可能である。車両の乗車人数は、シートに内蔵さた座圧センサ１５からの信号等によって検知可能である。

上記のように車両の走行抵抗やアクセル全開時の車両駆動力特性に基づいて設定される変化速度閾値は、さらに、図６に例示するように、他の条件によって補正することも可能である。例えば、内燃機関が吸入する空気の空気密度、スポーツモードやエコノミーモードといった運転モード、前方車両との車間距離、現在の車速から法定速度までの速度差、などによって補正することができる。

空気密度による補正は、標高が高い高地や外気温が高い場合などの空気密度の低下に伴う内燃機関出力の低下を補うためのものであり、図６に破線で示すように、空気密度が小さいほど変化速度閾値を大きくする。ここで、車両の現在いる場所の標高については、大気圧センサ１２の検出値を用いて算出可能であり、カーナビゲーションシステム１７から現在位置とその周辺の地図情報が入手可能な場合には、この地図情報を基に現在地の標高を検知することも可能である。外気温については、吸気温センサ１３の検出値を利用して検知することが可能である。なお大気圧センサ１２の検出値から直接に空気密度を求めるようにしてもよい。

運転モードによる補正としては、現在の運転モードが加速要求の高いモードである場合に、図６と同様に、変化速度閾値が大きくなるように補正する。なお、周知のように、この運転モードの選択に応じて、例えば自動変速機の変速パターン等が変更される。

車両の運転モードの判定は、例えば、車両に運転モードの選択スイッチがついているものであれば、この選択スイッチの位置から容易に判定でき、運転者がスイッチ操作により加速要求の高い運転モード（例えばスポーツモード）を選択している場合に、変化速度閾値をより大きくすればよい。また、運転者の過去の運転状況から運転者の運転傾向を学習しておき、アクセルペダル２を大きく踏み込む傾向の運転者の場合には、運転者の好む運転スタイルが加速要求の大きい運転スタイルと判定し、定常的に加速要求が高い運転モードが選択されていると判定するようにしてもよい。

自車と前方車両との間の車間距離による補正としては、車間距離が大きいほど変化速度閾値が大きくなるように補正する。

ここで、前方車両との間の車間距離は、レーザーレーダー１８を用いた車間距離検出装置により検出する。この車間距離検出装置は、車両前方にレーザー光を照射して、前方車両からの反射光を受光することで、前方車両からの距離を検出する。

現在の車速と現在走行中の道路の法定速度との差（但し、現在の車速が法定速度よりも低いものとする）による補正としては、カーナビゲーションシステム１７から現在位置とその周辺の地図情報を入手し、この地図情報から現在走行中の道路の法定速度を検知し、現在の車速が現在走行中の道路の法定速度よりも小さい場合に、法定速度までの速度差が大きいほど変化速度閾値が大きくなるように補正することができる。これは、法定速度までの加速を円滑にする一方、法定速度以上では加速が生じにくくするためである。

このように、走行抵抗やアクセル全開時の車両駆動力特性から定めた変化速度閾値を、さらに、空気密度、運転モード、前方車両との車間距離、現在の車速と法定速度との差、等によって補正することによって、より適切にアクセルペダル２の踏力を増加させることが可能となり、運転者の意図を反映したスムースな運転を実現することができる。

次に、図７は、本発明に係るアクセルペダル踏力制御の処理の流れを示すフローチャートであり、以下、これを説明する。

まずステップ１では、そのときのアクセルペダル２の位置つまりアクセル開度が所定のアクセル開度閾値よりも大きいか否かを判定する。所定のアクセル開度閾値よりも大きい場合のみステップ２へ進み、所定のアクセル開度閾値以下であれば、ルーチンを終了する。つまり、アクセル開度そのものが十分に小さい領域では、燃費を悪化させる無駄な加速が生じないため、本実施例では、アクセル開度変化速度によらずに踏力増加は行わない。

ステップ２では、アクセルペダル２の開度が増加し始めたときの車速を検知し、前述したように、車速に応じた基本的な変化速度閾値を設定する。

ステップ３では、そのときの運転モードに応じた変化速度閾値の補正を行う。具体的には、現在の運転モードが加速要求の高い運転モードであるほど変化速度閾値が大きくなるようにステップ２の基本的な変化速度閾値を補正する。

ステップ４では、そのときの周囲の空気密度に応じた変化速度閾値の補正を行う。具体的には、空気密度が低いほど変化速度閾値が大きくなるように、変化速度閾値をさらに補正する。

ステップ５では、走行中の道路の勾配と車両の搭載重量とに関する補正を行う。具体的には、道路の勾配が大きいほど変化速度閾値が大きくなるように、また搭載重量が大きいほど変化速度閾値が大きくなるように、変化速度閾値をさらに補正する。

ステップ６では、前方車両との車間距離に基づく補正を行う。具体的には、前方車両との車間距離が大きいほど変化速度閾値が大きくなるように、変化速度閾値をさらに補正する。

ステップ７では、現在の車速と法定速度との差に基づく補正を行う。具体的には、現在の車速が走行中の道路の法定速度よりも低いことを条件として、法定速度までの速度差が大きいほど変化速度閾値が大きくなるように、変化速度閾値をさらに補正する。

なお、これらのステップ３〜ステップ７の補正は、補正係数の乗算や補正量の加算など適宜な方法で行うことが可能である。

ステップ８では、逐次算出されるアクセルペダル２の開度変化速度を、ステップ２〜７を経て最終的に決定された変化速度閾値と大小比較する。ここで、アクセルペダル２の開度変化速度が変化速度閾値よりも大きい場合には、ステップ９へ進み、アクセルペダル２の踏力をベース踏力よりも増加させる。

なお、上記実施例では、運転者によるアクセルペダル２の開度増加操作（全閉状態あるいは中間開度からの踏込）の初期における車速を基準として変化速度閾値を設定するようにしているが、アクセルペダル２の開度が増加している間の車速を逐次読み込んで逐次変化速度閾値を設定するようにしてもよい。

またアクセルペダル２の開度は燃料消費率に相関し、アクセルペダル２の開度やその変化速度から瞬間的な燃料消費率を算出することができるので、この燃料消費率を運転席のインストルメントパネルまたはカーナビゲーション画面等に表示するようにすれば、運転者は、燃費が悪化するとアクセルペダル２の踏力が増加するということを視覚で把握しながら運転することができるので、燃費の低減を実現する上で有利となる。

なお、上記実施例では、燃料消費に関連するアクセル開度の変化速度に基づいて踏力増加を行っているが、燃料消費率そのものについて閾値を設定し、そのときの燃料消費率が閾値を超えたときに踏力増加を行う場合にも、本発明は同様に適用できる。

また上記実施例では、アクセルペダル２の位置（踏込量）そのものをアクセル開度として検出しており、従って、アクセルペダル２の位置の変化速度とアクセル開度変化速度とは実質的に同義であるが、アクセルペダル２に連動する例えばスロットルバルブの開度をアクセル開度として用い本発明の制御を行うことも可能である。

なお、本発明に係るアクセルペダル踏力制御装置は、内燃機関のみを駆動源とする車両にのみ適用されるものではなく、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等にも適用可能である。

１…車体
２…アクセルペダル
３…回転軸
４…リターンスプリング
５…軸受
６…アクセルポジションセンサ
７…可変フリクションプレート
７ａ…摩擦部材
７ｂ…摩擦部材
８…固定軸
９…アクチュエータ
１０…コントロールユニット

Claims (7)

1. 車両に設けられたアクセルペダルの踏込操作によるアクセル開度変化速度を検知するアクセル開度変化速度検知手段と、上記アクセルペダルの踏力を変更する踏力変更手段と、を有し、アクセル開度変化速度が所定の変化速度閾値よりも大きいときに、アクセルペダルの踏力をベース踏力よりも増加させるアクセルペダル踏力制御装置において、
   上記変化速度閾値が車速に応じて設定され、車速が低い場合の変化速度閾値に対して車速が高い場合の変化速度閾値を相対的に大きく設定し、
   さらに、周囲の空気密度を検知する手段を有し、空気密度が小さいほど変化速度閾値を大きくする、ことを特徴とするアクセルペダル踏力制御装置。
2. さらに、道路の勾配を検知する手段を有し、勾配が大きいほど上記変化速度閾値を大きくすることを特徴とする請求項１に記載のアクセルペダル踏力制御装置。
3. さらに、車両の搭載重量を検知する手段を有し、搭載重量が大きいほど上記変化速度閾値を大きくすることを特徴とする請求項１または２に記載のアクセルペダル踏力制御装置。
4. さらに、上記車両の運転モードを判定する運転モード判定手段を有し、加速要求の高い運転モードであるほど上記変化速度閾値を大きくすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアクセルペダル踏力制御装置。
5. さらに、前方車両との間の車間距離を検知する車間距離検知手段を有し、車間距離が大きいほど上記変化速度閾値を大きくすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のアクセルペダル踏力制御装置。
6. さらに、現在走行中の道路の法定速度を検知する法定速度検知手段と、現在の車速から法定速度までの許容される速度差を求める手段と、を有し、この速度差が大きいほど上記変化速度閾値を大きくすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のアクセルペダル踏力制御装置。
7. アクセル開度が所定のアクセル開度閾値よりも大きいことを加重条件としてアクセルペダル踏力の増加を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のアクセルペダル踏力制御装置。

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