JP5813960B2 - アクセルペダル踏力制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、アクセルペダル装置に関し、特に、必要に応じてアクセルペダルの踏力に対抗する反力（すなわち、押し戻し力）を発生する反力付加制御機構を備えたアクセルペダル装置に関する。

自動車等に搭載のエンジンにおいて、電子制御スロットルシステムに適用されるアクセルペダル装置としては、アクセルペダルを一体的に有し、ハウジングに対して揺動自在に支持されたペダルアーム、ペダルアームを揺動自在に支持する支軸、ペダルアームを休止位置に復帰させる復帰バネ、ペダルアームの角度位置を検出する位置センサ、を備えたものが知られている。

一般に、エンジンの運転領域としては、高回転高負荷側の第１運転領域（例えば均質燃焼）と第１運転領域より燃費効率の良い低回転低負荷側の第２運転領域（例えば成層燃焼）とがある。一般に第２運転領域が燃費のよい「エコモード」であり、第１運転領域が「非エコモード」である。第１運転領域と第２運転領域との境界は、車両の速度に応じたアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）により決まる。

車両の燃費改善のために、エンジンの運転領域が第２運転領域から第１運転領域に切り換わる際に、第１運転領域へ切り換わった段階で、アクセルペダルの踏込反力（踏力）を急激に増大させるようにしたアクセルペダル装置が開示されている（特許文献１）。そして、この踏力の増加分は、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。

しかしながら、単に、第２運転領域と第１運転領域の境界を越えたら反力を付加し、境界以下に下がったら反力を解除する構成では問題がある。

たとえば、低回転低負荷側の第２運転領域から高回転高負荷側の第１運転領域への移行の場合を考える。第２運転領域からアクセルペダルを踏み込んで加速していくと、やがて第１運転領域に入る。このとき、踏込反力が発生し、アクセルペダルは押し戻される。すると、第２運転領域に戻るが、第２運転領域に戻ると同時に踏込反力も消滅することになる。踏込反力が消滅すれば、運転者はアクセルペダルを再度踏み込むことになる。すると再び第１運転領域に入り、踏込反力が再度発生しアクセルペダルは押し戻される。運転者は、無意識的にこれを繰り返すので、ばたつき状態が続くことになる。これにより、車速も増減し、乗車している者に不快な感じを与えるという問題である。

そこで、特許文献２においては、反力を消滅させる位置を、第１運転領域から第２運転領域に入ったときではなく、両運転領域の境界のアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）よりも小さい踏み込み量（アクセル開度）になるまでずらすようにしたヒステリシスを付与するようにしている。

特開２００３−１２０３３９ 特開２０１０−５２７２１

特許文献２のヒステリシスを付与する方法の場合、ヒステリシス幅を大きくすれば、上記のばたつきを効果的に防止することができる。しかし、ヒステリシス幅を大きくすると、非エコモードでの運転時間が長くなるので、燃費が悪化することになる。そのため、ヒステリシス幅は極力小さくしたい。しかし、ヒステリシス幅を小さくすると、以下のようなばたつきの問題が起こることになる。

図８は、このヒステリシスを付加した場合のアクセルペダルの踏み込み量と反力の関係を示す図である。ここでヒステリシス幅は、設計により任意に設定できる数値で、ここでは、閾値の両側に同じ大きさで設けている。

図８（ａ）は、アクセルペダルへの反力の付加と除去のタイミングを示す図である。縦軸が反力で、横軸がアクセルペダルの踏み込み量である。踏み込む量が第２運転領域（エコモード）から第１運転領域（非エコモード）の境界である閾値を越え、ヒステリシス幅の半分（ヒステリシスの上限）を過ぎた踏み込み量で、反力が立ち上がるようにしている。逆に反力が消滅するのは、踏み込み量が減少し、第１運転領域から第２運転領域の境界である閾値を越え、さらにヒステリシスの半分（ヒステリシスの下限）を過ぎた踏み込み量で、消滅するようにしている。このようにヒステリシスを付与することで、ばたつき状態を防止することができる。

図８（ｂ）はヒステリシスを設けた場合であって、アクセルペダルを踏み込んだ状態から戻す場合を示す。上側の線図が「踏み込み量」−「時間」の線図で、下の線図が「反力」−「時間」の線図である。アクセルペダルを踏み込んだ状態では、第１運転領域（非エコモード）にあるので、反力が働いた状態になっている。この状態から踏み込み量が減少し、閾値からヒステリシス幅の半分より少ない踏み込み量（ヒステリシスの下限）に達したとき、反力を消滅させる。すると、運転者はアクセルペダルに加わる抵抗力がなくなったので、アクセルペダルを踏み込んでしまう。踏み込み量が増加していき、閾値からヒステリシス幅の半分（ヒステリシスの上限）を越えたとき、反力が発生する。すると、アクセルペダルは反力により踏み込み方向と反対側へ戻されるため、踏み込み量が減少する。さらに、踏み込み量が、閾値からヒステリシスの下限に達したとき、反力が消滅する。運転者はアクセルペダルに加わる抵抗力が消滅したので、アクセルペダルを踏み込んでしまう。すると、踏み込み量が増加し、閾値からヒステリシスの上限を越えると再び反力が加わり、踏み込み量が強制的に減少させられる。踏み込み量が再び閾値を下回り、閾値からヒステリシスの下限まで下がった踏み込み量になったら、反力が消滅するので、また、踏み込んでしまう。このように、閾値付近では、反力のＯＮ，ＯＦＦが繰り返されることになり、アクセルペダルのばたつきを起こすことになる。

図８（ｃ）はヒステリシスを設けた場合であって、アクセルペダルを踏み込んでいく場合を示す。アクセルペダルを踏み込んでいって、車速に応じたある踏み込み量に達すると、第２運転領域（エコモード）と第１運転領域（非エコモード）の境界である閾値に達する。閾値からヒステリシスの上限に達したとき、アクセルペダルに反力を加える。すると、アクセルペダルは踏み込み方向と反対側へ戻されるため、踏み込み量が減少する。踏み込み量が閾値を下回り、閾値からヒステリシスの下限の踏み込み量になったら、反力が消滅する。すると、運転者は、元々加速しようとしていたのであるから、反力が消滅したので、再びアクセルペダルを踏み込む。踏み込み量が閾値からヒステリシスの上限を越えると、再び反力が加わり、踏み込み量が強制的に減少させられる。踏み込み量が再び閾値を下回り、閾値からヒステリシスの下限まで下がった踏み込み量になったら、反力が消滅するので、また、踏み込んでしまう。このような場合においても、運転者の意に反してばたつき状態が繰り返されることになる。

本発明は、斯かる実情に鑑み、アクセルペダルのばたつきを無くすことができるアクティブ制御機構を備えたアクセルペダル踏力制御装置と制御方法を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明のアクセルペダル踏力制御装置は、運転者のアクセルペダル操作に対して反力を付与する反力装置と、前記アクセルペダルの開度を検知するアクセル開度検出手段と、走行中の車両状態に基づいて運転領域が変化する閾値情報を取得する閾値情報取得手段と、前記アクセルペダル開度及び前記閾値情報により反力を設定する反力設定手段とを備えたアクセルペダル踏力制御装置において、前記反力設定手段は、第１の反力演算手段又は第２の反力演算手段を有し、前記第１の反力演算手段は、前記閾値の両側に傾斜領域を設定し、前記踏み込み量が前記傾斜領域の下限に達したら、前記第１の反力演算手段が、前記下限からの踏み込み量に比例し、傾斜領域の上限に達したとき所定の大きさになる反力を演算し、前記第２の反力演算手段は、前記アクセルペダルの踏み込み量と前記閾値との差を時間積分することによって反力を演算し、前記反力設定手段は、前記第１の反力演算手段又は前記第２の反力演算手段により算出された反力を出力することを特徴としている。

前記反力設定手段は、前記第１の反力演算手段及び前記第２の反力演算手段の双方を備え前記第１の反力演算手段及び前記第２の反力演算手段により算出された反力を合成して反力を出力する構成としたり、前記反力設定手段において、前記アクセルペダルの反力を解除する反力解除開度は、前記アクセルペダルの反力を出力する反力出力開度よりも小さい開度である構成としてもよい。

上記の目的を達成するために本発明のアクセルペダル踏力制御方法は、エンジンの運転領域として高回転高負荷側の第１運転領域と、第１運転領域より燃費効率の良い低回転低負荷側の第２運転領域とがあり、前記第２運転領域から前記第１運転領域に移行する前後にアクセルペダルに反力を付与するアクセルペダル踏力制御方法において、前記第２運転領域と前記第１運転領域との境界となるアクセルペダルの踏み込み量を閾値とし、前記閾値の両側に傾斜領域を設定し、運転者のアクセルペダル操作が前記傾斜領域の下限値に達したら前記踏み込み量と前記傾斜領域の下限との差に比例し、傾斜領域の上限に達したとき所定の大きさになる反力と、前記アクセルペダルの踏み込み量と前記閾値との差を時間積分することによって算出する反力の少なくともいずれか一方の反力を前記アクセルペダルに付与することを特徴としている。

前記踏み込み量と前記傾斜領域の下限との差に比例し、傾斜領域の上限に達したとき所定の大きさになる前記反力と、前記アクセルペダルの踏み込み量と前記閾値との差を時間積分することによって算出する前記反力との両反力を合成した反力を前記アクセルペダルに付与する構成としたり、前記アクセルペダルの反力を解除する反力解除開度は、前記アクセルペダルの反力を出力する反力出力開度よりも小さい開度である構成とすることができる。

本発明によれば、アクセルペダルを踏み込む場合、踏み込み速度が遅いときは、傾斜領域の下限に達したら、まず、下限からのアクセルペダルの踏み込み量に比例した反力を加える。この反力は踏み込み量に対応して比較的ゆっくり立ち上がるので、アクセルペダル踏み込み時のばたつきを防止することができる。又は、更に、踏み込んでいってアクセルペダルの踏み込み量が、第１運転領域と第２運転領域との境界となる閾値を越えたら、アクセルペダルの踏み込み量と閾値との差を時間積分し、この積分による反力を加える。積分による反力の増加速度は、アクセルペダルの踏み込み量に対応した反力（ストローク基準の反力）の増加速度より急速なので、反力が急激に上昇することになり、閾値を越えたことを運転者に正確に知らせる事が出来る。運転者は反力が急激に上昇したことで、踏力を弱めるが、これによって、反力も減少する。しかし、反力の減少速度が遅いので、運転者が再度踏み込むことがなくなり、アクセルペダル戻し時においてもばたつきを防止することができる。

傾斜領域の下限からのアクセルペダルの踏み込み量に比例した反力と、アクセルペダルの踏み込み量と閾値との差を時間積分し、この積分による反力の双方を加えることにすると、閾値を越えたことを運転者にさらに正確に知らせる事が出来る。

一方、アクセルペダルが速く動く時は、アクセルペダルの踏み込み量に比例した反力も、積分要素による反力もともに急激に立ち上がるので、早期に運転者の過度な踏み込みを防止できる。

この様にして、ストローク基準の反力と踏み込み量と閾値との差を積分する積分要素を組み合わせる事により、足の踏力と反力との間で、アクセルペダルのばたつきを起こす事なく、閾値のポイントを運転者に正確に認識させる事が出来る。

更に、反力に積分要素を加えることで、アクセルペダルの動きが遅い時と速い時で、アクセルペダルの踏み込み量（ストローク量）が閾値を過ぎてから反力が最大値になるまでの時間の差を小さくすることができ、運転者は、常に、同じフィーリングで閾値を認識することができる。

よって、ペダルの動作が速いときにもフィーリングは良く、遅い時にもばたつきを防止出来て運転者は精度良く閾値を認識出来る。

本発明のアクセルペダル装置の斜視図である。 本発明のアクセルペダル装置の側面図である。 本発明のアクセルペダル装置の制御装置のブロック図である。 第１の反力演算手段で行うアクセルペダルの踏み込み量に対応した反力について演算する第１の反力演算工程の例を説明する線図である。 第２の反力演算手段で、アクセルペダルの踏み込み量による積分要素を演算する第２の反力演算工程の例を説明する図である。 図４（ｃ）と図５（ｃ）を組み合わせた例を示す線図で、踏み込み速度（又は復帰速度）が速い場合を示す。 図４（ｃ）と図５（ｃ）を組み合わせた例を示す線図で、踏み込み速度（又は復帰速度）が遅い場合を示す。 従来例で、ヒステリシスを付加した場合にアクセルペダルの踏み込み量がばたつく状態を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明のアクセルペダル装置の斜視図で、図２は、側面図である。これらの図に示すように本発明のアクセルペダル装置は、自動車等の車体に固定されるハウジング１０、アクセルペダル２２を有しハウジング１０により規定される所定の揺動軸線Ｌ１を中心として揺動自在に支持されたペダルアーム２０、ペダルアーム２０の踏み込み量（回転角度）を検出するアクセル開度検出手段（ＡＰＳ）３０、所定条件下においてペダルアーム２０を休止位置に向けて押し戻す力（反力）を生じさせるための反力装置４０、反力装置４０の駆動制御を行う制御ユニット５０等を備えている。ハウジング１０は、内部でペダルアーム２０を軸支している。また、ハウジング１０内には、前述した反力を付与する機構に加え、ペダルアーム２０を休止位置に戻す付勢力を及ぼす復帰バネも設けられている。

図３は、本発明のアクセルペダル装置の制御装置のブロック図であり、（ａ）はシステムブロック図であり、（ｂ）は制御ブロックを示している。アクセルペダル装置は、制御ユニット５０が反力装置４０を制御することによって動作する。

制御ユニット５０には、マイクロコンピュータ（以下「マイコン」と略称する）６０が設けられている。マイコン６０には電源回路５２と、上位ＥＣＵ５７からの閾値情報を受けるインターフェース回路５３と、反力装置４０のトルクモータ４１を駆動する駆動回路５４と、このトルクモータ４１に流れる電流を計測する電流検出回路５５と、トルクモータ４１の回転位置を検知するモータポジションセンサ（ＭＰＳ）４２の情報を入力するためのＭＰＳ入力回路５６と、アクセル開度検出手段（ＡＰＳ）３０の情報を入力するためのＡＰＳ入力回路５７が接続されている。

マイコン６０は、ＣＰＵ、メモリ等を備えており、インストールされているプログラムに従って入力された情報を処理する。また、マイコン６０には、走行中の車両状態に基づいて上位ＥＣＵ５７から閾値情報を取得する情報取得手段６１と、アクセルペダル２２の開度及び閾値情報により反力を設定する反力設定手段６２と、反力設定手段６２にて設定された反力を発生させるための電流量を計算するモータ駆動電流設定手段６５と、モータ駆動電流設定手段６５にて計算された電流情報とトルクモータ４１に通電されている電流値とに基づいて電流量を制御する駆動電流制御手段６６がある。さらに、反力設定手段６２内には、第１の反力演算手段６３と第２の反力演算手段６４とがある。第１の反力演算手段６３は、アクセルペダル２２の踏み込み量に比例した反力を算出するもので、第２の反力演算手段６４は、アクセルペダル２２の踏み込み量と閾値との差の積分値に対応した反力を算出するものである。これら反力演算手段については、後述する。

反力装置４０は、トルクモータ４１と、トルクモータ４１の回転位置を検知するＭＰＳ４２を有し、マイコン６０内の反力設定手段６２からの指示によりトルクモータ４１を駆動して、アクセルペダル２２に反力を加える。トルクモータ４１の回転角は、ＭＰＳ４２により検出され、ＭＰＳ入力回路５６を経由してマイコン６０内のモータ駆動電流設定手段６５と反力設定手段６２に伝達される。

アクセルペダル２２の踏み込み量は、アクセル位置を表しており、アクセル位置は、アクセルペダル２２に加わる踏力や、トルクモータ４１からの反力によりその位置が変化する。そのため、ＡＰＳ３０が、アクセルペダル２２の踏み込み量を検知することで、アクセル開度を常時監視している。アクセル開度の情報は上位ＥＣＵ５７に入力されると同時にＡＰＳ入力回路５７からマイコン６０内の反力設定手段６２に入力される。

また、上位ＥＣＵ５７は、エンジン回転数Ｎｅを検出する図示しないエンジン回転数センサと、車速ＶＳＰを検出する図示しない車速センサ等の情報およびアクセル開度が入力され、それらの情報に基づき閾値情報をアクセルペダルを制御するマイコン６０へ出力する。

アクセルペダル２２の踏み込み量の増加に応じてアクセル開度が増大し、アクセル開度の増大に応じて燃料噴射量（ひいては燃料消費量）が増大し、車両は加速される。

アクセルペダル２２を踏み込んでいって、車速が上がってくると、第２運転領域（エコモード）から第１運転領域（非エコモード）へと移行する。第２運転領域と第１運転領域との境界をここでは閾値と言うが、この閾値は、車速とＡＰＳ３０で検出されたアクセルペダル２２のアクセル開度が上位ＥＣＵ５７に入力され、予めＥＣＵ５７に設定されている計算式又は線図などから検知することができる。なお、上記閾値は車速の他、エンジン負荷等の要因も加味して複合的に決められるものである。そして、上位ＥＣＵ５７からインターフェース回路５３を経由して閾値情報が出力され、閾値情報取得手段６１は閾値情報を受信する。

そして、第２運転領域から第１運転領域の境界である閾値の前後で、マイコン６０に内蔵する反力設定手段６２が閾値情報およびアクセル開度の情報に基づき、反力を算出し、モータ駆動電流設定手段６５からモータ駆動電流制御手段６６に入力され、駆動回路５４に指示を与え、反力装置４０のトルクモータ４１を駆動する。このとき、モータ駆動電流設定手段６５は、指定された反力を発生させるためにトルクモータ４１に通電する電流の大きさを計算し、モータ駆動電流制御手段６６は計算された大きさの電流を駆動回路５４からトルクモータ４１に流す。トルクモータ４１は、電流の大きさに応じたモータ反力をアクセルペダル２２に加え、運転者に知らせることになる。トルクモータ４１に流れる電流は、電流検出回路５５で確認される。

本発明では、トルクモータ４１から発生するモータ反力を、アクセルペダル２２の踏み込み量に比例した反力（ストローク基準の反力）と、踏み込み量と閾値との差を時間で積分した積分値に基づく反力とを加算することにより決定している。ストローク基準の反力は、第１の反力演算手段６３で計算し、踏み込み量と閾値との差を時間で積分した反力は、第２の反力演算手段６４で計算する。第１の反力演算手段６３と第２の反力演算手段６４で算出された反力を、反力設定手段６２が合成し、反力を決定することになる。

図４は、第１の反力演算工程を説明する線図である。この工程では、第１の反力演算手段６３がストローク基準の反力について演算する。縦軸は反力で、横軸は踏み込み量である。以下に記載する閾値とは、ある運転状態と別の運転状態との境界のことで、たとえば、前述した第２運転領域（エコモード）と第１運転領域（非エコモード）の境界のアクセル開度を指すものである。この場合の閾値のアクセル開度は、車速等に応じて決まることになる。

ケース１：ヒステリシス無しのＯＮ／ＯＦＦの制御の場合（図４（ａ）の場合）
図４（ａ）はステップ状の反力を発生させる場合で、かつヒステリシスが無い場合である。アクセルペダル２２の踏み込み量が増加して閾値に達したら、ステップ状の反力（ＴＫｍａｘ）を付加する。そして、アクセルペダル２２の踏み込み量が減少して閾値に達したら、反力（ＴＫｍａｘ）をステップ状に消滅させる。
ここで
Ｔｋ（ｓ）：ストローク基準の反力
ｓ：ストローク（アクセルペダル２２の踏み込み量）
ＴＫｍａｘ：反力の制限値（上限値）
ＳＰ：閾値
とすると
［Ｔｋ（ｓ）成分］（ストローク基準の反力）は以下のようになる。
ｓ≦ＳＰの時、Ｔｋ（ｓ）＝０
ｓ＞ＳＰの時、Ｔｋ（ｓ）＝ＴＫｍａｘ

ケース２：ヒステリシス有のＯＮ／ＯＦＦの制御の場合（図４（ｂ）の場合）
図４（ｂ）は、ステップ状の反力（ＴＫｍａｘ）を発生させる場合で、かつヒステリシスを設けた場合である。アクセルペダル２２の踏み込み量が増加して閾値＋ヒステリシス幅の１／２に達したら、ステップ状の反力を出力する。そして、アクセルペダル２２の踏み込み量が減少して閾値−ヒステリシス幅の１／２に達したら、反力をステップ状に消滅させるようにする。閾値は、ヒステリシス幅の中心になるようにしている。一般に、ヒステリシスを設けると、アクセルペダルの反力を解除する反力解除開度は、前記アクセルペダルの反力を出力する反力出力開度よりも小さい開度になる。

ここで、ストローク基準の反力Ｔｋ（ｓ）の値は、
Ｈ：ヒステリシス幅、とすると、
アクセルペダルを踏み込む時
ｓ≦ＳＰ−Ｈ／２の時、Ｔｋ（ｓ）＝０
ＳＰ−Ｈ／２＜ｓ≦ＳＰ＋Ｈ／２の時、Ｔｋ（ｓ）＝０
ｓ＞ＳＰ＋Ｈ／２の時、Ｔｋ（ｓ）＝ＴＫｍａｘ
アクセルペダルを戻す時
ｓ≦ＳＰ−Ｈ／２の時、Ｔｋ（ｓ）＝０
ＳＰ−Ｈ／２＜ｓ≦ＳＰ＋Ｈ／２の時、Ｔｋ（ｓ）＝ＴＫｍａｘ
ｓ＞ＳＰ＋Ｈ／２の時、Ｔｋ（ｓ）＝ＴＫｍａｘ

なお、この場合、ヒステリシスを閾値の一方にのみ設け、アクセルペダル２２の踏み込み量が増加して閾値に達したら、ステップ状の反力を付加し、アクセルペダル２２の踏み込み量が減少して閾値−ヒステリシス幅の１／２に達したら、反力をステップ状に消滅させるようにしてもよい。

ケース３：閾値付近で傾きを持ち、ヒステリシス無しの制御の場合（図４（ｃ）の場合）
図４（ｃ）は、アクセルペダルの踏み込み量に比例した反力を発生させる場合である。この場合、閾値の両側に傾斜領域を設定しておく。踏み込み量が傾斜領域の下限に達したら、傾斜領域の下限からの踏み込み量に比例して傾きがＫＤの直線的に沿って増加する反力を発生させる。そして、傾斜領域の上限に達したとき、所定の反力（ＴＫｍａｘ）になるようにしている。
ＫＤ：傾き係数とすると、
傾斜領域内では、
Ｔｋ（ｓ）＝（ｓ−ＳＰ）×ＫＤ＋ＴＫｍａｘ／２となり、この値は、
０≦Ｔｋ（ｓ）≦ＴＫｍａｘ となる。
傾斜領域外では
ｓ＜ＳＰ−Ｈ／２のとき
Ｔｋ（ｓ）＝０
ｓ＜ＳＰ＋Ｈ／２のとき
Ｔｋ（ｓ）＝ＴＫｍａｘ
となる。

ケース４：傾きを持ってヒステリシスも有りの制御の場合（図４（ｄ）の場合）
図４（ｄ）は、踏み込み量に対して傾斜した反力を発生させる場合で、かつ、ヒステリシスを設けた場合である。閾値の両側にヒステリシス幅の１／２ずつをとり、１／２ＴＫｍａｘの高さのところから傾きＫＤの斜線をそれぞれに引く。踏み込み時は、閾値＋ヒステリシス幅の１／２に引かれた傾きＫＤの斜線の下端に達したら、傾きがＫＤの直線的に増加する反力を発生させる。そして、所定の反力（ＴＫｍａｘ）に達したら、上昇を停止する。戻し時は、踏み込み量が閾値−ヒステリシス幅の１／２に引かれた傾きＫＤの斜線の上端に達したら、反力を、傾きがＫＤの直線的に減少するように制御する。反力の上昇する線と、下降する線とは平行で、これらの間の距離がヒステリシス幅である。この場合も、アクセルペダルの反力を解除する反力解除開度は、前記アクセルペダルの反力を出力する反力出力開度よりも小さい開度になっている。

踏み込み時の傾斜領域では
Ｔｋ（ｓ）＝（ｓ−（ＳＰ＋Ｈ／２））ＫＤ＋ＴＫｍａｘ／２となり、この値は、
０≦Ｔｋ（ｓ）≦ＴＫｍａｘ である。
戻し時の傾斜領域では
Ｔｋ（ｓ）＝（ｓ−（ＳＰ−Ｈ／２））ＫＤ＋ＴＫｍａｘ／２
０≦Ｔｋ（ｓ）≦ＴＫｍａｘ
第１の反力演算手段６３は、以上の４つの方法から設計によって選ばれたいずれかの算出方法で、ストローク基準の反力を計算することになる。

次に第２の反力演算工程について説明をする。この工程では、第２の反力演算手段６４が積分要素を考慮した反力［Ｔｉ（ｓ，ｔ）成分］を演算する

図５は、アクセルペダル２２の踏み込み量と閾値との差を時間積分する積分要素を演算する例である。図中、（ａ）から（ｄ）において、各左側の線図は積分の対象となる被積分値Ｋｅ（ｓ）を表し、各右側の線図は被積分値Ｋｅ（ｓ）を時間積分した際の積分要素［Ｔｉ（ｓ，ｔ）成分］の時間との変移を示すものである。

ケース１：ＳＰ（閾値）で積分される値が±で切り替わる制御の場合（図５（ａ）の場合）

図５（ａ）は、被積分値をステップ状に変化させ、かつ、ヒステリシスを設けない場合である。踏み込み量が増加して閾値でステップ状に変化する。反力Ｔｉ（ｓ，ｔ）は、
ｓ＜ＳＰの時、Ｔｉ（ｓ，ｔ）＝∫Ｋｅ（ｓ）ｄｔ＝∫（−ＫＥｍａｘ）ｄｔ
ｓ≧ＳＰの時、Ｔｉ（ｓ，ｔ）＝∫Ｋｅ（ｓ）ｄｔ＝∫（ＫＥｍａｘ）ｄｔ
０＜Ｔｉ（ｓ，ｔ）＜ＫＦｍａｘとなる。
ここで
Ｋｅ（ｓ）：被積分値
ＫＦｍａｘ：積分要素の上限値
であり、ここでは被積分値をステップ状に変化させるので、Ｋｅ（ｓ）＝±ＫＥｍａｘである。

ケース２：ＳＰ（閾値）の両側でヒステリシス幅だけ積分乗数が０でそれ以上は±の値に切り替わる場合（図５（ｂ）の場合）。

図５（ｂ）は、被積分値をステップ状に変化させ、かつ、ヒステリシスを設けた場合である。アクセルペダル２２の踏み込み量が、閾値−ヒステリシス幅の１／２に達するまでは、被積分値は−ＫＥｍａｘである。アクセルペダル２２の踏み込み量が増加してヒステリシス幅Ｈ内にある間は、被積分値は０とする。そして、アクセルペダル２２の踏み込み量がさらに増加して閾値＋ヒステリシス幅の１／２に達したら、ステップ状の被積分値ＫＥｍａｘを付加する。踏み込み量が減少して閾値＋ヒステリシス幅の１／２に達したら、被積分値を０とする。さらに、閾値−ヒステリシス幅の１／２に達したら、被積分値は−ＫＥｍａｘにする。
積分要素Ｔｉ（ｓ，ｔ）の値は、
ｓ＜ＳＰ−Ｈ／２の時、Ｔｉ（ｓ，ｔ）＝∫Ｋｅ（ｓ）ｄｔ＝∫（−ＫＥｍａｘ）ｄｔ
ＳＰ−Ｈ／２≦ｓ＜ＳＰ＋Ｈ／２の時、Ｔｉ（ｓ，ｔ）＝∫Ｋｅ（ｓ）ｄｔ＝∫（０）ｄｔ
ＳＰ＋Ｈ／２≦ｓの時、Ｔｉ（ｓ，ｔ）＝∫Ｋｅ（ｓ）ｄｔ＝∫（ＫＥｍａｘ）ｄｔ
０＜Ｔｉ（ｓ，ｔ）＜ＫＦｍａｘ
で、ここでも被積分値をステップ状に変化させるので、Ｋｅ（ｓ）＝±ＫＥｍａｘである。

ケース３：ＳＰ（閾値）を中心にして±に被積分値が傾きをもって生成される場合（図５（ｃ）の場合）。

図５（ｃ）は、踏み込み量に対して傾斜した被積分値を付加する場合である。この場合、閾値の両側に傾斜領域を設定しておく。閾値より上側が被積分値の増加する領域で、閾値より下側が被積分値の減少する領域となる。この間では、被積分値は、−ＫＥｍａｘからＫＥｍａｘの値となり、勾配の付いた直線状に変化している。
積分要素Ｔｉ（ｓ，ｔ）の値は、
ｓ＜ＳＰの時、Ｔｉ（ｓ，ｔ）＝∫（Ｋｅ（ｓ）×（ＳＰ−ｓ））ｄｔ＝∫（−ＫＥｍａｘ×（ＳＰ−ｓ））ｄｔ
ＳＰ≦ｓの時、Ｔｉ（ｓ，ｔ）＝∫（Ｋｅ（ｓ）×（ｓ−ＳＰ））ｄｔ＝∫（ＫＥｍａｘ×（ｓ−ＳＰ））ｄｔ
０＜Ｔｉ（ｓ，ｔ）＜ＫＦｍａｘ

ケース４：ＳＰ（閾値）の両側でヒステリシス幅だけ被積分値が０で、その前後は、±に被積分値が傾きをもって生成される場合（図５（ｄ）の場合）。

図５（ｄ）は、踏み込み量に対して傾斜した被積分値を付加する場合で、かつ、被積分値が閾値の両側で０となる領域を設けた場合である。踏み込み量が傾斜領域内では、中央の０の領域の両側で、被積分値が右に向かって直線的に上がっている。
積分要素Ｔｉ（ｓ，ｔ）の値は、
ｓ＜ＳＰ−Ｈ／２の時、Ｔｉ（ｓ，ｔ）＝∫（Ｋｅ（ｓ）×（ＳＰ−（ｓ−Ｈ／２））ｄｔ＝∫（−ＫＥｍａｘ×（ＳＰ−（ｓ−Ｈ／２）））ｄｔ
ＳＰ−Ｈ／２≦ｓ＜ＳＰ＋Ｈ／２の時、Ｔｉ（ｓ，ｔ）＝∫（０）ｄｔ
ＳＰ＋Ｈ／２≦ｓの時、Ｔｉ（ｓ，ｔ）＝∫（Ｋｅ（ｓ）×（（ｓ−Ｈ／２）−ＳＰ））ｄｔ＝∫（ＫＥｍａｘ×（（ｓ−Ｈ／２）−ＳＰ））ｄｔ
０＜Ｔｉ（ｓ，ｔ）＜ＫＦｍａｘ
ここでのヒステリシス幅Ｈは、中心付近の被積分値が０の領域を示している。

本発明では、図４の（ａ）から（ｄ）のいずれかのストローク基準の反力（Ｔｋ（ｓ））と、図５の（ａ）から（ｄ）のいずれかの積分要素の反力（Ｔｉ（ｓ，ｔ））の任意の２つを組み合わせた反力（Ｔ（ｓ，ｔ））を付加するようにしている。したがって、１６通りの組合せが考えられる。組み合わせた反力Ｔ（ｓ，ｔ）は、次式により求める。

Ｔ（ｓ，ｔ）＝ＫＡ×Ｔｋ（ｓ）＋ＫＢ×Ｔｉ（ｓ，ｔ）
ここに、
ＫＡ：ストローク基準の反力係数
ＫＢ：積分要素の反力係数
Ｔｍａｘ：反力の最大値 ここで、Ｔｍａｘ＝ＴＫｍａｘ＋ＫＦｍａｘとする。
であり、これらの反力係数は設計により任意に定められる。

図６は、図４（ｃ）と図５（ｃ）を組み合わせた例を示す線図で、踏み込み速度（又は復帰速度）が速い場合を示す。この演算は、反力設定手段６２により行われる。

図６（ａ）は、アクセルペダル２２のストロークの変化を示している。縦軸がペダルストロークの量で、横軸は時間である。図の三角形の左斜辺が踏み込み時で、右斜辺が戻し時を示す。閾値の前後に傾斜領域を設けている。

図６（ｂ）は、ストローク基準の反力Ｔｋ（ｓ）を示す線図である。縦軸が反力で、横軸は時間である。アクセルペダル２２の踏み込み量が傾斜領域の下限に達すると、傾斜領域の下限からの踏み込み量に比例した反力が発生し、徐々に増加して傾きがＫＤの直線に沿って上昇して傾斜領域の上限で反力の上限に達する。アクセルペダル２２の復帰時は、踏み込み量が傾斜領域の上限まで戻ると、反力が減少を始め、傾斜領域の下限でＴｋ＝（ｓ）０になる。

図６（ｃ）は、踏み込み量と閾値との差を時間積分した積分要素の反力Ｔｉ（ｓ，ｔ）を示す線図である。傾斜領域の下限から閾値までは、図５（ｃ）で説明したように
踏み込み量が増加するとき
ｓが傾斜領域の下限から閾値の間の領域では、
Ｔｉ（ｓ，ｔ）＝∫（Ｋｅ（ｓ）×（ＳＰ−ｓ））ｄｔ＝∫（−ＫＥｍａｘ×（ＳＰ−ｓ））ｄｔ
であるが、この値はマイナスになるので、Ｔｉ（ｓ，ｔ）＝０として扱っている。したがって、積分成分が考慮されるのは、ｓの値が閾値を越えた部分である。この部分では放物線となる。

踏み込み状態から戻すとき
ｓの値が、傾斜領域の上限から閾値までは被積分値はプラスなので反力は加算されることになり、上限値を下回ることがない。ここで、積分要素Ｔｉ（ｓ，ｔ）は、０＜Ｔｉ（ｓ，ｔ）＜ＫＦｍａｘなので、上限値ＫＦｍａｘで一定となり、この範囲では変化がない。
ｓの値が、閾値から傾斜領域の下限までは、被積分値がマイナスなので、反力は放物線を描いて減少することになる。そして、傾斜領域の下限を若干過ぎた位置でＴｉ（ｓ，ｔ）＝０になる。

図６（ｄ）は、図６（ｂ）と（ｃ）を合成した線図である。
アクセルペダル２２を踏み込んでいくとき、
ｓが傾斜領域の下限値から閾値までの間は、Ｔ（ｓ，ｔ）の値は、ストローク基準の反力Ｔｋ（ｓ）の直線成分のみである。すなわち、
Ｔ（ｓ，ｔ）＝ＫＡ×Ｔｋ（ｓ）
ｓが閾値を越えると、ストローク基準の反力Ｔｋ（ｓ）成分と、積分要素の反力Ｔｉ（ｓ，ｔ）成分の和になる。すなわち、
Ｔ（ｓ，ｔ）＝ＫＡ×Ｔｋ（ｓ）＋ＫＢ×Ｔｉ（ｓ，ｔ）
となる。このＴ（ｓ，ｔ）の値は、増加していくが、設定された上限値Ｔｍａｘで頭打ちとなり増加が止む。図示の例では、傾斜領域の上限を若干過ぎたところで上限値Ｔｍａｘに達するが、閾値を越えて上限値Ｔｍａｘに達するまでの時間をｔ１とする。

アクセルペダル２２を踏み込み状態から戻すとき
ｓが傾斜領域の上限値から閾値までの間は、積分要素の反力Ｔｉ（ｓ，ｔ）成分の変化が無いので、Ｔｍａｘからストローク基準の反力Ｔｋ（ｓ）成分を引いたものになる。したがって、直線に沿って減少していく。
Ｔ（ｓ，ｔ）＝Ｔｍａｘ−ＫＡ×Ｔｋ（ｓ）
ｓが閾値を越えると、被積分値はマイナスになるので、反力Ｔ（ｓ，ｔ）は積分要素の反力の分も減少を始める。反力Ｔ（ｓ，ｔ）は放物線を描いて降下し、やがてＴ（ｓ，ｔ）＝０になる。図の実施例では、傾斜領域の下限値を若干越えた位置でＴ（ｓ，ｔ）＝０になっている。

図７は、図４（ｃ）と図５（ｃ）を組み合わせた例を示す線図で、踏み込み速度（又は復帰速度）が遅い場合を示す。

図７（ａ）は、アクセルペダル２２のストロークの変化を示している。縦軸がペダルストロークの量で、横軸は時間である。図の中央から左斜辺の折線が踏み込み時で、右斜辺の折線が戻し時を示す。閾値の前後に傾斜領域を設けている。

図７（ｂ）は、ストローク基準の反力Ｔｋ（ｓ）を示す線図である。縦軸が反力で、横軸は時間である。踏み込み量が傾斜領域の下限に達すると、傾斜領域の下限からの踏み込み量に比例した反力が発生し、傾きがＫＤの直線に沿って徐々に増加して傾斜領域の上限で反力の上限に達する。アクセルペダル２２の復帰時は、踏み込み量が傾斜領域の上限まで戻ると、反力が減少を始め、傾斜領域の下限でＴｋ（ｓ）＝０になる。

図７（ｃ）は、積分要素の反力Ｔｉ（ｓ，ｔ）を示す線図である。傾斜領域の下限から閾値までは、図５（ｃ）で説明したように、
踏み込み量が増加するとき
ｓが傾斜領域の下限から閾値の間の領域では、積分要素の反力Ｔｉ（ｓ，ｔ）は、
Ｔｉ（ｓ，ｔ）＝∫（Ｋｅ（ｓ）×（ＳＰ−ｓ））ｄｔ＝∫（−ＫＥｍａｘ×（ＳＰ−ｓ））ｄｔ
であるが、この値はマイナスになるので、積分要素の反力Ｔｉ（ｓ，ｔ）＝０として扱っている。したがって、積分成分が考慮されるのは、ｓの値が閾値を越えた部分である。この部分では放物線となり、上限値ＫＦｍａｘで増加が止まる。

踏み込み状態から戻すとき
ｓの値が、傾斜領域の上限から閾値までは、被積分値がプラスなので、積分要素の反力Ｔｉ（ｓ，ｔ）が上限値を下回ることがない。積分要素の反力Ｔｉ（ｓ，ｔ）成分を加えても、積分要素Ｔｉ（ｓ，ｔ）は、０＜Ｔｉ（ｓ，ｔ）＜ＫＦｍａｘなので、上限値ＫＦｍａｘで一定となり、この範囲では変化がない。

ｓの値が、閾値から傾斜領域の下限までは、被積分値がマイナスなので、積分要素の反力は放物線を描いて減少し、Ｔｉ（ｓ，ｔ）＝０になる。図示の実施例では、傾斜領域の下限の若干手前でＴｉ（ｓ，ｔ）＝０になっている。

図７（ｄ）は、図７（ｂ）と（ｃ）を合成した線図である。
アクセルペダル２２を踏み込んでいくとき、
ｓが傾斜領域の下限値から閾値までの間は、Ｔ（ｓ，ｔ）の値は、ストローク基準の反力Ｔｋ（ｓ）の直線成分のみである。すなわち、
Ｔ（ｓ，ｔ）＝ＫＡ×Ｔｋ（ｓ）
ｓが閾値を越えると、ストローク基準の反力Ｔｋ（ｓ）成分と、積分要素の反力Ｔｉ（ｓ，ｔ）成分の和になる。すなわち、
Ｔ（ｓ，ｔ）＝ＫＡ×Ｔｋ（ｓ）＋ＫＢ×Ｔｉ（ｓ，ｔ）
となる。このＴ（ｓ，ｔ）の値は、増加していくが、設定された上限値Ｔｍａｘで増加が止み、その後一定の値となる。図示の例では、傾斜領域の上限を若干過ぎたところで上限値Ｔｍａｘに達するが、閾値を越えて上限値Ｔｍａｘに達するまでの時間をｔ２とする。

アクセルペダル２２を踏み込み状態から戻すとき
ｓが傾斜領域の上限値から閾値までの間は、上限値Ｔｍａｘ−ストローク基準の反力Ｔｋ（ｓ）成分となり、直線的に減少していく。
Ｔ（ｓ，ｔ）＝Ｔｍａｘ−ＫＡ×Ｔｋ（ｓ）
ｓが閾値を越えると、被積分値はマイナスになるので、積分要素の反力Ｔｉ（ｓ，ｔ）の減少が始まる。反力Ｔ（ｓ，ｔ）は放物線を描いて降下するが、Ｔ（ｓ，ｔ）＝０になる前に積分要素の反力が消滅するので、最後はストローク基準の反力Ｔｋ（ｓ）成分のみとなり、図の実施例では、傾斜領域の下限値で０になっている。

制御ユニット５０では、車速センサーとＡＰＳ３０の情報からアクセルペダル２２のストローク量や、閾値を求めることができ、マイコン６０に予めインストールされているプログラムにしたがって、演算をすることで、ストローク基準の反力Ｔｋ（ｓ）と積分要素の反力Ｔｉ（ｓ，ｔ）を求め、反力Ｔ（ｓ，ｔ）を算出し、反力装置４０に指示を出すことで、アクセルペダルに必要な反力を付加することができる。なお、アクセルペダル２２のストローク量は、ＭＰＳ４２から間接的に検出することもできる。

図６、７の実施例では、ストローク基準の反力Ｔｋ（ｓ）と積分要素の反力Ｔｉ（ｓ，ｔ）を求め、両反力を合成した反力を付加しているが、本発明では、この態様に限定されない。たとえば、図４（ｃ）に示すように、踏み込み量が前記傾斜領域の下限に達したら、前記下限からの踏み込み量に比例し、傾斜領域の上限に達したとき所定の大きさになる反力を演算し、この反力のみを付加するようにしてもよい。

あるいは、アクセルペダルの踏み込み量と前記閾値との差を時間積分することによって反力を演算し、この反力のみを付加するようにしてもよい。この場合、図５（ｃ）に示すように踏み込み量に対して傾斜した被積分値を付加することが望ましい。

図６及び図７に説明したように、本発明では、反力に積分要素を加えることで、アクセルペダルの動きが遅い時と速い時で、ストローク量が閾値を過ぎてからモータ反力が最大値になるまでの時間（図６（ｄ）のｔ１と図７（ｄ）のｔ２）の差を小さくすることができ、運転者は、常に、同じフィーリングで閾値を認識することができる。

特に、この実施例では、図７（ｃ）、（ｄ）に示されるように、積分要素の反力は、アクセルペダル２２を踏み込む場合は、閾値を越えてから（閾値より大きい開度で）加算され、アクセルペダル２２を戻す場合は、閾値を越えてから（閾値より小さい開度で）加算されているので、閾値を過ぎてから反力が大きく増加、又は減少し、閾値を明確に認識することができ、ばたつきを防止することができる。

言い方を代えると、両反力を合成した反力Ｔ（ｓ，ｔ）が、反力が付加される場合は、最初のうち前記アクセルペダル２２の踏み込み量によって決定されるストローク基準の反力Ｔｋ（ｓ）のみが付加され、その後アクセルペダル２２の踏み込み量と閾値との差を時間積分することによって算出される反力Ｔｉ（ｓ，ｔ）が付加されるようになっている。一方、反力が解除される場合は、最初のうち前記アクセルペダル２２の踏み込み量によって決定される反力Ｔｋ（ｓ）分の反力のみが徐々に解除され、その後アクセルペダル２２の踏み込み量と閾値との差を時間積分することによって算出される反力Ｔｉ（ｓ，ｔ）分の反力が解除されるようになっている。そのため、アクセルペダル２２の踏み込み量が閾値からのわずかな差でも時間とともに大きな反力となり、結果的に運転者が精度よく閾値を認識できる。

ストローク基準の反力Ｔｋ（ｓ）と積分要素の反力Ｔｉ（ｓ，ｔ）の組み合わせは、反力の切り替わりポイントにおける運転者が感じるフィーリングにより、決定することが望ましい。

また、切り替わりポイントを通過するときの速度によっても制御パラメータを変更する事も可能である。

特に問題になるのは、閾値付近で人間の足の踏力とモータ反力の制御でばたつく（ハンチングする）のを防止することである。特に速度が遅い場合にばたつき易い。一方、スピードが速いときには、閾値付近での明確な反応が必要になる。以上のことを満足する為に、上記の式の組み合わせや、各パラメータの調整を行なう必要がある。もちろん、車両の走行スピード、路面状態、などにより制御方法、パラメータを変更しても良い。

この制御は、第１運転領域と第２運転領域をエコモードと非エコモード時として例を挙げたが、エコモードと非エコモード時の反力の制御に限らず、アイドル付近の反力禁止制御等運転領域の境界でアクセルペダルに反力を発生させる状況があれば使用する事ができる。

２０ ペダルアーム
２２ アクセルペダル
３０ アクセル開度検出手段
４０ 反力装置
４１ トルクモータ
５０ 制御ユニット
５４ 駆動回路
６０ マイコン
６１ 反力指令情報取得手段
６２ 反力設定手段
６３ 第１の反力演算手段
６４ 第２の反力演算手段

Claims (4)

1. 運転者のアクセルペダル操作に対して反力を付与する反力装置と、
   前記アクセルペダルの開度を検知するアクセル開度検出手段と、
   走行中の車両状態に基づいて運転領域が変化する閾値情報を取得する閾値情報取得手段と、前記アクセルペダル開度及び前記閾値情報により反力を設定する反力設定手段とを備えたアクセルペダル踏力制御装置において、
   前記反力設定手段は、第１の反力演算手段及び第２の反力演算手段の双方を有し、
   前記第１の反力演算手段は、前記閾値の両側に傾斜領域を設定し、前記アクセルペダルの踏み込み量が前記傾斜領域の下限に達したら、前記第１の反力演算手段が、前記下限からの前記アクセルペダルの踏み込み量に比例し、傾斜領域の上限に達したとき所定の大きさになる反力を演算し、
   前記第２の反力演算手段は、前記アクセルペダルの踏み込み量と前記閾値との差を時間積分することによって反力を演算し、
   前記反力設定手段は、前記第１の反力演算手段及び前記第２の反力演算手段により算出された反力を合成した反力を出力することを特徴とするアクセルペダル踏力制御装置。
2. 前記反力設定手段において、
   前記アクセルペダルの反力を解除する反力解除開度は、前記アクセルペダルの反力を出力する反力出力開度よりも小さい開度であ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. エンジンの運転領域として高回転高負荷側の第１運転領域と、第１運転領域より燃費効率の良い低回転低負荷側の第２運転領域とがあり、前記第２運転領域から前記第１運転領域に移行する前後にアクセルペダルに反力を付与するアクセルペダル踏力制御方法において、
   前記第２運転領域と前記第１運転領域との境界となるアクセルペダルの踏み込み量を閾値とし、前記閾値の両側に傾斜領域を設定し、運転者のアクセルペダル操作が前記傾斜領域の下限値に達したら前記踏み込み量と前記傾斜領域の下限との差に比例し、傾斜領域の上限に達したとき所定の大きさになる反力と、前記アクセルペダルの踏み込み量と前記閾値との差を時間積分することによって算出する反力との両反力を合成した反力を前記アクセルペダルに付与することを特徴とするアクセルペダル踏力制御方法。
4. 前記アクセルペダルの反力を解除する反力解除開度は、前記アクセルペダルの反力を出力する反力出力開度よりも小さい開度であることを特徴とする請求項３に記載のアクセルペダル踏力制御方法。

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