JP5381321B2 - 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、車両の走行環境を用いて最適な燃料消費率となるアクセルペダルの最適操作量（最適踏込量）を演算すると共に、演算された最適操作量を、車両の前方の走行路の形態に応じて補正し、運転者がアクセルペダルを踏み込んだときに、この補正後の最適操作量の近傍でアクセルペダルの操作反力（踏力）をステップ的に増加させるようにした技術が開示されている。この特許文献１においては、車両前方の走行路が降坂路や湾曲路であるときに、上記最適操作量の値が小さくなるように補正している。

車両の前方の走行路が降坂路である場合には、降坂路で車両走行速度が増加し、前方車両との車間距離が小さくなる等の理由から、その後にブレーキ操作が行われる場合が多い。また、車両の前方の走行路が湾曲路の場合、車両のコントロールが困難になる等の理由から、湾曲路への進入時にブレーキ操作が行われる場合が多い。つまり、この特許文献１においては、車両の前方の走行路が降坂路や湾曲路のようにブレーキ操作を行う可能性が高い場合に、上記最適操作量の値が小さくなるように補正することで、車両の前方の走行路に対して過剰な速度で進入しないように進入速度を低減し、燃料消費率の悪化を抑制している。

特開２００７−７６４６８号公報

上記特許文献１の技術は、燃料消費率がより最適となるように、アクセル開度の閾値を設定し、この閾値においてアクセルペダル踏力を増大するものである。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アクセル開度閾値でもって単純に踏力を増大させたのでは、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、アクセル開度が所定のアクセル開度閾値よりも大きくなるとアクセルペダル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、車速を考慮して、上記アクセル開度閾値を設定するようにした。つまり上記アクセル開度閾値が車両の走行抵抗を示す車速に応じて設定され、かつ、車両発進時を含む低車速域から中高車速域にわたって中間アクセル開度に上記アクセル開度閾値が存在しており、車両発進時を含む車速が低い場合のアクセル開度閾値に対して、走行抵抗が大きくなる車速が高い場合のアクセル開度閾値を相対的に大きく設定する。

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、アクセル開度がアクセル開度閾値よりも大きな領域で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、このときにアクセル開度閾値が相対的に大きくなるので、より大きなアクセル開度まで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。

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を示す特性図。 車速に対するアクセル開度閾値、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アクセル開度閾値の特性図。 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（踏込量）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の開度が所定のアクセル開度閾値よりも大きい領域ではアクセルペダル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としてアクセルポジションセンサ６が設けられている。

なお、本実施例では、アクセルペダル２の踏込量（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所定のアクセル開度閾値（図３の符号ＳＬ）よりもアクセル開度が大きくなると、アクセルペダル踏力は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。

なお、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。

ここで、本実施例では、上記コントロールユニット１０は、図４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アクセル開度閾値を変更する。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アクセル開度閾値を選択し、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アクセル開度閾値を選択する。

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から踏力の増加が生じ、このアクセル開度閾値からアクセル全開までの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まで踏力の増加が生じず、アクセル全閉からアクセル開度閾値に至るまでの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アクセル開度閾値と第２アクセル開度閾値との間では、アクセル開度閾値は、車速の変化に伴い、図４に示すように、第１アクセル開度閾値から第２アクセル開度閾値へと連続的に変化していく。

図４は、横軸の車速に対し、アクセル開度閾値と、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、低車速域ではアクセル開度閾値を第１アクセル開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から発生させ、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、アクセル開度閾値を第２アクセル開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、アクセル開度閾値は、車速の変化に伴い、第１アクセル開度閾値と第２アクセル開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アクセル開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アクセル開度閾値と第２アクセル開度閾値との２段階にアクセル開度閾値を設定するが、本発明はこれに限らず、さらに多段階にアクセル開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アクセル開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駆動力特性との双方を考慮してアクセル開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アクセル開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アクセル開度閾値を設定するようにしてもよい。なお、図４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アクセル開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、可変的にアクセル開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アクセル開度閾値に対して勾配が大きい場合のアクセル開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アクセル開度閾値に対して搭載重量が大きい場合のアクセル開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アクセル開度閾値は、さらに、図５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５に破線で示すように、空気密度が小さいほどアクセル開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５と同様に、アクセル開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、アクセル開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アクセル開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アクセル開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アクセル開度閾値を、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６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。

ステップ１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アクセル開度閾値を設定する。

ステップ２では、そのときの運転モードに応じたアクセル開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アクセル開度閾値が大きくなるようにステップ１の基本的なアクセル開度閾値を補正する。

ステップ３では、そのときの周囲の空気密度に応じたアクセル開度閾値の補正を行う。具体的には、空気密度が低いほどアクセル開度閾値が大きくなるように、アクセル開度閾値をさらに補正する。

ステップ４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アクセル開度閾値が大きくなるように、また搭載重量が大きいほどアクセル開度閾値が大きくなるように、アクセル開度閾値をさらに補正する。

ステップ５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アクセル開度閾値が大きくなるように、アクセル開度閾値をさらに補正する。

ステップ６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アクセル開度閾値が大きくなるように、アクセル開度閾値をさらに補正する。

なお、これらのステップ２〜ステップ６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７では、逐次読み込まれるアクセルペダル２の実際の開度を、ステップ１〜６を経て最終的に決定されたアクセル開度閾値と大小比較する。ここで、アクセルペダル２の開度がアクセル開度閾値よりも大きい場合には、ステップ８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アクセル開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アクセル開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の踏込量とアクセル開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 (10)

1. アクセル開度を検知するアクセル開度検知手段と、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、アクセル開度が所定のアクセル開度閾値よりも大きくなると、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、
   上記アクセル開度閾値が車両の走行抵抗を示す車速に応じて設定され、かつ、車両発進時を含む低車速域から中高車速域にわたって中間アクセル開度に上記アクセル開度閾値が存在し、
   車両発進時を含む車速が低い場合のアクセル開度閾値に対して、走行抵抗が大きくなる車速が高い場合のアクセル開度閾値を相対的に大きく設定することを特徴とするアクセルペダル踏力制御装置。
2. 変速機の変速比を検知し、変速比が大きい場合のアクセル開度閾値に対して変速比が小さい場合のアクセル開度閾値を相対的に大きく設定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. 道路の勾配を検知し、勾配が小さい場合のアクセル開度閾値に対して勾配が大きい場合のアクセル開度閾値を相対的に大きく設定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. 車両の搭載重量を検知し、搭載重量が小さい場合のアクセル開度閾値に対して搭載重量が大きい場合のアクセル開度閾値を相対的に大きく設定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. 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アクセル開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. 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アクセル開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. 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アクセル開度閾値を大きくする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。
8. 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アクセル開度閾値を大きくすることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のアクセルペダル踏力制御装置。
9. 上記アクセル開度閾値は、車速に対し段階的に変化することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のアクセルペダル踏力制御装置。
10. 上記アクセル開度閾値は、車速に対し連続的に変化することを特徴とする請求項１〜８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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