JP5637263B2 - 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、高回転高負荷側の第１運転方式（例えば均質燃焼）と第１運転方式より燃費効率の高い低回転低負荷側の第２運転方式（例えば成層燃焼）とを切り換えて実施するエンジンに適用され、エンジンの運転領域が第２運転方式が実施される第２運転領域から第１運転方式が実施される第１運転領域に切り換わる際に、第１運転領域へ切り換わる直前の境界運転領域に入った段階で、アクセルペダルの踏込反力（踏力）を所定の踏力増加分だけ急激に増大させるようにした技術が開示されている。そして、この踏力増加分は、境界運転領域から第２運転領域へ戻ったときに解除される構成となっている。

特開２００３−１２０３３９号公報

上記特許文献１の技術は、燃料消費率の低減を目的として、上記の境界運転領域を境としてアクセルペダルの踏力ならびにその増加分の解除を行うものである。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のようにアクセル開度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、例えば信号待ちからの右折時あるいは左折時のように、加速要求が高い状況であっても、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、所定の踏力増加分、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、ハンドルの操舵角、より広義には、車両の加速性を左右する要因となる走行抵抗を考慮して、踏力増加分、あるいは踏力増加を行うアクセル開度閾値を設定するようにした。

すなわち第１の発明では、車両の走行抵抗が大きいときの踏力増加分が走行抵抗が小さいときの踏力増加分よりも相対的に小さくなるように、上記走行抵抗に応じて上記踏力増加分を設定することを特徴としている。

また第２の発明では、ハンドルの操舵角が大きいときの踏力増加分が操舵角が小さいときの踏力増加分よりも相対的に小さくなるように、上記操舵角に応じて踏力増加分を設定することを特徴としている。

更に第３の発明では、ハンドルの操舵角が大きいときのアクセル開度閾値が操舵角が小さいときのアクセル開度閾値よりも相対的に大きくなるように、上記アクセル開度閾値をハンドルの操舵角に応じて設定することを特徴としている。

なお、「ハンドルの操舵角」は、ハンドルの操舵角の実際の検出値を用いることの他、ウインカーの作動やカーナビゲーションシステムによる右折・左折の情報などに基づいて、将来の操舵角の変化（増加）を予測・推定するようにしても良い。

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、走行抵抗が大きい状況、典型的にはハンドルの操舵角が大きい条件下では、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、このときに踏力増加分が小さくなるので、踏力増加による違和感が抑制・緩和され、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の一例を踏力変更機構の概略とともに模式的に示した説明図。 本発明に係る踏力変更機構の一例を模式的に示す説明図。 本発明に係るアクセルペダル踏力の特性の一例を示す特性図。 本発明の第１実施例に係る踏力制御の処理の流れを示すフローチャート。 上記第１実施例に係るアクセル開度、ハンドルの操舵角、踏力増加分及び車速の経時変化を示すタイミングチャート。 本発明の第２実施例に係るアクセル開度、ハンドルの操舵角、踏力増加分及び車速の経時変化を示すタイミングチャート。 上記第２実施例のアクセル開度増加後にハンドルの操舵角が増加する場合のタイミングチャート。 操舵角と走行抵抗の関係を示す特性図。

以下、本発明の好ましい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）を検知する手段としてアクセル開度検知部と、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して踏力変更部と、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及び図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、アクセル開度検知部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、上記コントロールユニット１０には、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からの信号の他、ハンドルの操舵角を検知する操舵角センサ１９と、ウインカーの作動を検知するウインカーセンサ２０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、有段式の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、燃料消費率が低い（つまり燃費が良い）運転状態から燃料消費率が高い（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。

図４は、本実施例に係る制御の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１１では、ハンドルの操舵角が、予め設定された所定の角度閾値θｓ以上であるかを判定する。所定角度未満であれば、ステップＳ１２へ進み、アクセル開度閾値を、燃費性能を考慮して設定された所定の基準値ＳＬとする。そして、アクセル開度がこのアクセル開度閾値ＳＬ以上となると、ステップＳ１３からステップＳ１６へ進み、所定の踏力増加分ΔＦ、ペダル踏力をベース踏力に対して増加させる。

一方、操舵角が所定角度以上であれば、ステップＳ１４へ進み、アクセル開度閾値を、基準値ＳＬに対して追加分αだけ増加させた値（ＳＬ＋α）とする。そして、アクセル開度が増加後のアクセル開度閾値（ＳＬ＋α）以上となると、ステップＳ１５からステップＳ１６へ進み、所定の踏力増加分ΔＦ、ペダル踏力をベース踏力に対して増加させる。

このような本実施例によれば、図５に示すように、信号待ちなどの停車状態からの右折時や左折時のように、操舵角を増加させつつアクセルペダル２の開度を増加させるような状況で、操舵角が角度閾値θｓを超えた時点ｔ１で、アクセル開度閾値が増加側の値（ＳＬ＋α）に変更されるため、比較的大きなアクセル開度となる時点ｔ２まで踏力の増加が生じず、ベース踏力のみでのアクセルペダル２の速やかな踏込が許容されることとなる。従って、操舵角に応じてアクセル開度閾値を変更しない第１比較例の特性（図中の破線で示す特性）Ｈ１に比して、円滑な車両の加速が可能となる。

なお、踏力増加を解除する解除閾値ＳＬ’は、アクセル開度閾値ＳＬよりも低い値に予め設定されるものであるが、本実施例では、この解除閾値ＳＬ’もハンドルの角度閾値θｓに応じて設定している。つまり、ハンドルの操舵角が角度閾値θｓ以上であれば、アクセル開度閾値ＳＬと同様に、解除閾値ＳＬ’を相対的に大きく設定して、アクセル開度閾値ＳＬと解除閾値ＳＬ’との間のヒステリシスを同レベルに維持するようにしている。

次に、本発明の第２実施例を図６及び図７を参照して説明する。この第２実施例では、上記第１実施例のアクセル開度閾値に代えて、アクセルペダルの踏力増加分ΔＦをハンドルの操舵角に応じて設定している。すなわち、ハンドルの操舵角が大きいときの踏力増加分（ΔＦ−β）が操舵角が小さいときの基本の踏力増加分ΔＦよりも所定量β小さくなるように、ハンドルの操舵角に応じて踏力増加分を変更している。より具体的には、ハンドルの操舵角が所定の角度閾値θｓ以上となると、踏力増加分を、予め設定された所定の基準値ΔＦよりも所定の減少分βだけ減少させている。

この第２実施例によれば、信号待ちからの右折時や左折時のように、操舵角を増加させつつアクセルペダル２の開度を増加させるような状況で、操舵角が角度閾値θｓを超え（ｔ３）、かつ、アクセル開度が開度閾値ＳＬを超えた時点ｔ４で、踏力増加が行われるが、このときの踏力増加分が低下側の値（ΔＦ−β）に変更されるため、踏力増加の印象を抑制・緩和することができ、操舵角に応じて踏力増加分を変更しない比較例の特性Ｈ１に比して、円滑な車両の加速が可能となる。

また、上記第２実施例において、図７に示すように、例えば停車状態から左折・右折する際に加速後にハンドルを大きく切る場合など、アクセル開度がアクセル開度閾値ＳＬを超えてからハンドルの操舵角が所定の角度閾値θｓを超えた場合には、先ずアクセル開度閾値ＳＬを超えた時点ｔ５で、基準の踏力増加分ΔＦを付与し、その後、操舵角が所定の角度閾値θｓを超えた時点ｔ６で、踏力増加分（ΔＦ−β）を小さくすれば良い。この場合、運転者に違和感を与えることのないように、好ましくは図７の符号ｆ１に示すように、踏力増加分の変化率（変化速度）を所定値に制限することによって、踏力増加分を徐々に低下させる。

なお、これらの第１実施例と第２実施例とを併用し、ハンドルの操舵角（走行抵抗）が大きいときに、アクセル開度閾値を大きくするとともに、踏力増加分を小さくするようにしても良い。

また、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、アクセル開度の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あるいは踏力増加分を変更するようにしても良い。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、車速が高い場合に比して、相対的に大きなアクセル開度閾値（ＳＬ＋α）又は小さな踏力増加分（ΔＦ−β）に設定する。これにより、停車状態からの右折・左折時のように、車速が低い場合にアクセルペダルが踏み込み易くなり、運転者の意図に沿った車両の加速が可能となる。

ウインカーの作動状態やカーナビゲーションシステム１７の情報から、ハンドルの操舵角の変化（増加）を事前に予測し、アクセル開度閾値や踏力増加分の設定を行うようにしても良い。つまり、ウインカーの作動時やカーナビゲーションシステム１７による右折・左折の案内時には、ハンドルが操作されて操舵角が増加すると見越して、予めアクセル開度閾値を大きくし、あるいは踏力増加分を小さく設定する。この場合には、停車状態からの左折・右折時にハンドルを操舵する前にアクセル開度を増加させた場合にも、当初からアクセル開度閾値を大きく、あるいは踏力増加分を小さく設定することができ、より運転者の意図に沿った速やかな車両の加速が可能となる。

一方、車庫入れ時のように、ウインカーを作動させることなく操舵角が増加するときには、上述した右折時や左折時に比して運転者による加速要求（加速意図）が低いことから、操舵角に応じたアクセル開度閾値や踏力増加分の変更を禁止するようにしても良い。換言すれば、停車状態からの右折・左折時にのみ、上述した操舵角に応じたアクセル開度閾値や踏力増加分の変更を行うようにしても良い。

また、左側通行での右折時のように対向車線方向へ曲がるときには、走行車線方向へ曲がるときに比して、対向車が来る前に右折を速やかに完了しなければならず、加速要求が高いことから、好ましくは、対向車線方向へ曲がるときには、走行車線方向へ曲がるときに比して、アクセル開度閾値を相対的に大きく、あるいは踏力増加分を相対的に小さく設定する。

図８は、ハンドルの操舵角と走行抵抗との関係を示している。同図に示すように、操舵角がある程度大きくなると、走行抵抗が急激に大きくなる関係にある。そこで、上記のハンドルの操舵角の他、走行抵抗に関連するパラメータに応じてアクセル開度閾値や踏力増加分の変更を行うようにしてもよい。具体的には、車両の走行抵抗が大きいにもかかわらず過剰な踏力増加分が与えられることのないように、車両の走行抵抗が大きいときの踏力増加分が走行抵抗が小さいときの踏力増加分よりも相対的に小さくなるように、走行抵抗に応じて踏力増加分を設定すれば良い。

走行抵抗を示すパラメータとして、上述した車速の他、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踏力増加分に対して勾配が大きい場合の踏力増加分を相対的に小さく設定し、あるいは、搭載重量が小さい場合の踏力増加分に対して搭載重量が大きい場合の踏力増加分を相対的に小さく設定すれば良い。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に基づいて設定される踏力増加分は、さらに、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、空気密度が小さいほど内燃機関出力の低下を考慮して踏力増加分を小さくする。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運転者の加速要求の高いモードである場合には、運転者の意図に沿った加速が行われるように、踏力増加分が小さ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、踏力増加分を小さくすればよい。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踏力増加分が小さくなるように補正し、車間距離が小さいときには、前方車両との更なる接近を抑制・回避するように、踏力増加分を相対的に大きくする。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踏力増加分が小さ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難くするためである。

このように、走行抵抗から定めた踏力増加分を、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。

なお、上記実施例では、主としてハンドルの操舵角に基づいてアクセル開度閾値や踏力増加分を設定するようにしているが、これに限らず、このハンドルの操舵角に応じて変化する車輪の角度を検知して用いるようにしても良く、また、上述した走行抵抗に関連する車速等の他のパラメータを代用又は組み合わせて用いるようにしても良い。

また、上記実施例では、ハンドルの操舵角が大きい場合にアクセル開度閾値や踏力増加分をステップ的に変更しているが、ハンドルの操舵角が大きくなるほどアクセル開度閾値が徐々に大きくなる、あるいは踏力増加分が徐々に小さくなるように、連続的に変更するようにしてもよい。

更に、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や踏力増加分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、その都度アクセル開度閾値や踏力増加分を設定・更新するようにしてもよい。

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て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同様に適用可能である。

Claims (1)

1. アクセル開度を検知するアクセル開度検知部と、アクセルペダルの踏力を変更する踏力変更部と、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、所定の踏力増加分、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、
   ハンドルの操舵角が大きいときのアクセル開度閾値が操舵角が小さいときのアクセル開度閾値よりも相対的に大きくなるように、上記アクセル開度閾値をハンドルの操舵角に応じて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。

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