JP6846735B2 - 車両用制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、運転者の筋活動に応じてアクセルペダルの反力値を制御可能な車両用制御装置に関する。

従来より、ドライブ・バイ・ワイヤ式エンジンを搭載した車両の場合、アクセルペダルとスロットルバルブや燃料噴射装置等の出力制御機器とがケーブルによって接続されていないため、電動式アクチュエータによって踏込量に応じた反力値を運転者に付与している。
アクセルペダルの踏込量と反力値とは、概ね比例関係を有するように設定されているため、運転者はアクセルペダルから付与される反力値によってアクセルペダルの踏込量を認識することが一般的である。それ故、アクセルペダルの反力値を変化させることにより、運転者の好みや走行環境に応じて運転者によるアクセルペダルの踏込操作を誘導するような反力制御装置が提案されている。

特許文献１の車両用運転操作補助装置は、現時点を含む過去の所定時間区間における複数の仮想運転者の運転意図系列を動的に生成し、運転意図系列毎に、仮想運転者の運転操作量と実際の運転者の運転操作量との系列的な近似度合を表す運転操作量系列近似度合を算出すると共に複数の運転操作量系列近似度合を比較することにより実際の運転者の運転意図を推定し、推定した運転意図に基づいて実際の運転者の状態を推定している。
アクセルペダルの踏込操作の場合、運転者が車線変更を意図してから運転者の運転意図が車線変更であると推定されるまでの経過時間が長い程、アクセルペダルの反力指令値を速やかに低下させている。

また、本出願人によって人間の知覚特性を考慮したアクセルペダルの反力特性を設定する技術も提案されている。
特許文献２の車両のアクセルペダル制御装置は、アクセルペダルの踏込量とアクセルペダルの踏込速度と運転者に付与される反力値によって規定された三次元マップを有する反力設定手段と、アクセルペダルの踏込速度を検出する踏込速度検出手段とを備え、反力設定手段は、踏込速度が速いとき、踏込速度が遅いときに比べてアクセルペダルの反力値が小さくなるように反力特性を設定している。
これにより、運転者の負担と違和感を軽減しつつ、走行環境や運転意思に適合した反力特性を設定することができる。

運転者によるアクセルペダルの踏込及び踏戻動作は、筋活動の観点から、足関節の底屈及び背屈運動と見做すことができる。
図１６に示すように、足関節によるアクセルペダルの操作には、主に、前脛骨筋ｔ、ヒラメ筋ｓ及び腓腹筋ｇ等が関与している。
前脛骨筋ｔは、足関節の背屈運動を行う単（一）関節筋であり、ヒラメ筋ｓは、足関節の底屈運動を行う単関節筋である。腓腹筋ｇは、足関節の底屈運動と膝関節の屈曲運動を行う二関節筋である。これらの骨格筋のうち、単関節筋は、機械的な力比に依存し、重力に抗して体を持ち上げる抗重力性を有し、また、二関節筋は、機械的なエネルギー消費を抑制し、外力の方向制御、所謂体を特定の方向に推進移動させる推進性を有している。
骨格筋は、力学特性として粘弾性特性を有しているため、直列弾性要素と収縮要素からなる二要素モデルによって表すことができ、直列弾性要素の弾性係数は筋張力の増加に伴って増加する関係になること、収縮要素の負荷と速度とは双曲線の関係になること、筋全体のスティフネスは筋活動と線形関係になること等が知られている。

特許第５２９３７８４号公報 特開２０１６−０００５８１号公報

特許文献２のアクセルペダル制御装置は、アクセルペダルの踏込速度をパラメータとして運転者の運転意思を判定し、この運転意思に適合した反力特性を設定することができる。
しかし、特許文献２の技術では、運転者の運転意思に適合したアクセルペダルの反力値を得ることはできるものの、運転者の運動に係る骨格筋の側面から観た操作性向上については、更なる改善の余地が存在している。

運転者の運転姿勢は、運転者の体格（身長、体重、性別等）や、車両のボディ形状（セダン、スポーツ、ＳＵＶ等）等によって異なっている。
例えば、大柄な運転者は、小柄或いは女性の運転者に比べてシートを後方にスライドさせてシートポジションを調節する。運転姿勢の観点から、シートポジションが後方移動される程運転者の膝角度が大きくなる傾向がある。
また、スポーツ車両の場合、ＳＵＶ車両に比べてフロアパネルからのシート高さが低くなるようにシートポジションが設定される。運転姿勢の観点から、シート高さが低くなる程運転者の膝角度が大きくなる傾向がある。

一方で、本発明者が検証した結果、関節粘弾性の影響により、足関節による底屈及び背屈運動は、運転姿勢によって活動主体となる主働筋が異なる、具体的には、膝角度が大きい程二関節筋が単関節筋よりも優位な状態になり、膝角度が小さい程単関節筋が二関節筋よりも優位な状態になることが知見された。
特許文献２のアクセルペダル制御装置は、運転者の運転姿勢と主働筋との関連性を考慮するものではない。それ故、小柄な運転者がスポーツ車両を運転する場合には、二関節筋に比べて動作速度と踏力の点で劣る単関節筋を主働筋としてアクセルペダルを操作することになるため、急加速時、アクセルペダルの操作に十分な踏力を確保することができず、素早いアクセルペダル動作を実行できない虞がある。

本発明の目的は、運転者の姿勢状況に適した主働筋に基づくアクセルペダルの反力特性を設定することができる車両用制御装置、運転者のアクセルペダルの操作性を向上することができる車両用制御装置等を提供することである。

請求項１の車両用制御装置は、往特性及び復特性を有し且つアクセルペダルの踏込量と反力値との相関関係を設定した制御マップと、この制御マップに基づきアクセルペダルの反力値を設定する反力設定手段とを備えた車両用制御装置において、運転者の姿勢状況に基づいてアクセルペダルの操作に対する二関節筋の寄与率を推定する筋活動推定手段を備え、前記反力設定手段が、踏込開始及び踏込終了領域を除く主往特性の傾斜角度又は主往特性の反力値を前記筋活動推定手段によって推定されたアクセルペダルの操作に対する二関節筋の寄与率に基づき補正することを特徴としている。

この車両用制御装置では、運転者の姿勢状況に基づいてアクセルペダルの操作に対する二関節筋の寄与率を推定する筋活動推定手段を備えているため、運転者の膝角度を介してアクセルペダル操作に関与する二関節筋の寄与率を推定することができる。
反力設定手段が、踏込開始及び踏込終了領域を除く主往特性の傾斜角度又は主往特性の反力値を前記筋活動推定手段によって推定されたアクセルペダルの操作に対する二関節筋の寄与率に基づき補正するため、アクセルペダルの反力を介してアクセルペダル操作に関与する二関節筋の寄与率を増加することができ、運転者のアクセルペダルの操作性を向上することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記反力設定手段は、アクセルペダルの操作に対する二関節筋の寄与率が小さい程前記主往特性を反力増加方向に補正することを特徴としている。
この構成によれば、寄与率に応じて二関節筋の活動を誘発することができ、アクセルペダル操作に関与する二関節筋の寄与率を増加することができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記反力設定手段は、前記主往特性を含む前記制御マップにおける反力と踏込量との相関特性全体をオフセット的に補正することを特徴としている。
この構成によれば、制御処理上、簡単な構成で、二関節筋の寄与率を調整することができる。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、運転者のシート位置を検出するシート位置検出手段を備え、前記筋活動推定手段は、前記シート位置検出手段によって検出されたシート位置によってアクセルペダルの操作に対する二関節筋の寄与率を推定することを特徴としている。
この構成によれば、シート位置をパラメータとして運転者の姿勢状況を判定することができ、アクセルペダルの操作に対する二関節筋の寄与率を推定することができる。

本発明の車両用制御装置によれば、運転者の姿勢状況に適した主働筋に基づくアクセルペダルの反力特性を設定することができ、これにより運転者のアクセルペダルの操作性を向上することができる。

実施例１に係る車両用制御装置のブロック図である。 アクセルペダルと反力制御機構の概略図である。 三次元マップを示す図である。 三次元マップのＦ−Ｓ特性を説明する図であって、（ａ）は低踏込速度のときのＦ−Ｓ特性のグラフ、（ｂ）は高踏込速度のときのＦ−Ｓ特性のグラフを示している。 Ｐ−Ｆ特性を説明する図であって、（ａ）は低踏込速度のときのＰ−Ｆ特性のグラフ、（ｂ）は高踏込速度のときのＰ−Ｆ特性のグラフを示している。 運転者の膝角度とシートの高さ位置との関係を説明する図であって、（ａ）はシートが高位置に設定された状態、（ｂ）はシートが中位置に設定された状態、（ｃ）はシートが低位置に設定された状態を示している。 運転者の膝角度とシートのスライド位置との関係を説明する図であって、（ａ）はシートが前側位置に設定された状態、（ｂ）はシートが中間位置に設定された状態、（ｃ）はシートが後側位置に設定された状態を示している。 制御装置の処理手順を示すフローチャートである。 姿勢補正係数演算の処理手順を示すフローチャートである。 主往特性補正係数演算の処理手順を示すフローチャートである。 発進且つ急加速操作時におけるＦ−Ｓ特性のグラフである。 急加速操作時におけるＦ−Ｓ特性のグラフである。 緩加速操作時におけるＦ−Ｓ特性のグラフである。 前操作の主働筋が二関節筋で且つ中加速操作時におけるＦ−Ｓ特性のグラフである。 前操作の主働筋が単関節筋で且つ中加速操作時におけるＦ−Ｓ特性のグラフである。 アクセルペダル操作時における骨格筋の説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
以下の説明は、本発明を車両の制御装置に適用したものを例示したものであり、本発明、その適用物、或いは、その用途を制限するものではない。

以下、本発明の実施例１について図１〜図１５に基づいて説明する。
車両用制御装置１は、運転者の筋活動に応じてアクセルペダル３の反力値を制御することにより、運転者に踏込速度に拘らず操作リニアリティを付与可能に構成されている。
図１に示すように、制御装置１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２を備えている。ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる電子制御ユニットであり、ＲＯＭに記憶されているアプリケーションプログラムをＲＡＭにロードし、ＣＰＵで実行することにより各種演算処理を行っている。

ＥＣＵ２は、アクセルペダル３の踏込又は踏戻操作量（以下、踏込量と略す）Ｓを検出する踏込量センサ４と、アクセルペダル３の踏込速度Ｖを検出する踏込速度センサ５（踏込速度検出手段）と、車両の走行速度を検出する速度センサ６と、車両に作用するヨーレートを検出するヨーレートセンサ７と、車両の走行加速度を検出する加速度センサ８と、運転者のシートポジションを検出するシート位置センサ９（シート位置検出手段）と、車両走行部１０と、反力制御機構１１と、ナビゲーションシステム１２等に電気的に接続されている。

図２に示すように、アクセルペダル３は、車体に対して回動可能に保持され、その踏込操作によって運転者によるエンジン出力の増減意図が入力される。
踏込量センサ４は、アクセルペダル３又は回転軸３１に設けられ、その回動量からアクセルペダル３の踏込ストローク、所謂踏込量Ｓを検出する。踏込量センサ４で検出されたアクセルペダル３の踏込量Ｓは、ＥＣＵ２に出力される。尚、運転者の踏込みによる踏力が作用しない場合、アクセルペダル３は、アクセルペダル３に連結されたリターンスプリング３２によって踏込量Ｓが零である初期位置に戻るように付勢されている。
踏込速度センサ５は、アクセルペダル３の回転軸３１に設けられ、その回転速度からアクセルペダル３の踏込速度Ｖを検出する。踏込速度センサ５で検出されたアクセルペダル３の踏込速度Ｖは、ＥＣＵ２に出力される。

シート位置センサ９は、シートクッションの中心位置からフロアパネルまでの上下（鉛直）方向の離隔距離をシート高さＴ（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）として検出している（図６参照）。また、このシート位置センサ９は、スライドレールの後端位置からシートクッションの中心位置までの前後（水平）方向の離隔距離をスライド量Ｌ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）として検出している（図７参照）。シート位置センサ９で検出されたシート高さＴ及びスライド量Ｌは、ＥＣＵ２に出力される。
速度センサ６、ヨーレートセンサ７、加速度センサ８は、各々の検出結果をＥＣＵ２に出力している。

車両走行部１０は、車両の走行制御を実行するための駆動機構や操舵機構である。
この車両走行部１０は、エンジン制御部、ステアリングアクチュエータ、ブレーキアクチュエータ、及びシフトアクチュエータ（何れも図示略）等によって構成されている。
車両走行部１０は、ＥＣＵ２からの出力信号に基づいて車両の走行制御を実行している。

図２に示すように、反力制御機構１１は、第１，第２摩擦部材４１，４２と、電磁式アクチュエータ４３等を備えている。
第１摩擦部材４１は回動軸３１の一端部に固着され、第２摩擦部材４２が第１摩擦部材４１に臨む状態で配設されている。第２摩擦部材４２は、回動軸３１の軸心延長上に配設された保持軸４４に対して、回転不能且つ軸心方向に相対移動可能に保持されている。
アクチュエータ４３は、第１，第２摩擦部材４１，４２を圧接状態と離隔状態との間において相対位置関係を変更し、圧接時における圧接力を調整可能に構成されている。

ナビゲーションシステム１２は、車両の経路案内を行うシステムである。
図１に示すように、ナビゲーションシステム１２には、車両の現在位置を検出するためのＧＰＳ受信部１３が電気的に接続されている。ＧＰＳ受信部１３は、複数のＧＰＳ衛星からの信号を受信することで車両の現在位置を検出する。
また、ナビゲーションシステム１２は、道路地図データを記憶した地図データベースと、交通規則データを記憶した交通規則データベースとを備えている。
ナビゲーションシステム１２は、ＧＰＳ受信部１３による車両の現在位置データ、地図データベースの道路地図データ及び交通規則データベースの交通規則データを利用して運転者に目的地までの経路案内を行う。
これにより、ナビゲーションシステム１２は、車両の現在位置データ、道路地図データ、及び交通規則データをＥＣＵ２に出力する。

次に、ＥＣＵ２について説明する。
図１に示すように、ＥＣＵ２は、走行制御部２１と、記憶部２２と、筋活動推定部２３（筋活動推定手段）と、反力設定部２４（反力設定手段）等を備えている。
走行制御部２１は、アクセルペダル３の踏込量Ｓと速度センサ６によって検出された車速に基づいてエンジンの出力を制御すると共に車両走行状態とエンジンの運転状態とに基づいて変速機の変速比を選択可能に構成されている。
変速機で減速されたエンジンの出力はドライブシャフト（図示略）を介して駆動輪に伝達される。

記憶部２２は、運転者によるアクセルペダル３の踏込量Ｓと踏込速度Ｖとアクセルペダル３から運転者に作用する物理的な反力値に相当している反力Ｆとによって規定された三次元マップＭを予め格納している。
図３に示すように、三次元マップＭは、アクセルペダル３の踏込量Ｓ（Ｓａ〜Ｓｄ）に相当するＳ軸（縦軸）と、アクセルペダル３の踏込速度Ｖに相当するＶ軸（横軸）と、アクセルペダル３を介して運転者に付与される反力Ｆ（Ｆａ〜Ｆｆ）に相当するＦ軸（高さ軸）との３軸によって立体状に形成されている。
この三次元マップＭの基本特性は、標準的な運転者を対象として形成され、この運転者による所定のアクセルペダル３の操作、所謂踏込及び踏戻動作（足関節の底屈及び背屈運動）において、二関節筋（例えば、腓腹筋等）と単関節筋（例えば、前脛骨筋やヒラメ筋等）とが所定のバランス範囲（例えば、二関節筋の寄与率が４０％以上且つ６０％未満）内で動作されることを前提条件として設定されている。尚、バランス範囲は、予め実験等により求めている。

三次元マップＭにおける反力Ｆと踏込量Ｓとの相関特性（以下、Ｆ−Ｓ特性という）において、踏込側特性は、踏込開始領域に相当する踏込開始から初期踏込量Ｓａまでの初期往特性ＦＡ（ＦＡａ）と初期踏込量Ｓａから最大踏込量Ｓｂまでの主往特性ＦＢ（ＦＢａ〜ＦＢｆ）とによって構成されている。また、踏戻側特性は、最大踏込量Ｓｂから初期踏込量Ｓａまでの主復特性ＦＣ（ＦＣａ〜ＦＣｆ）と踏込終了領域に相当する初期踏込量Ｓａから踏戻終了までの終期復特性ＦＤ（ＦＤａ）とによって構成されている。
尚、特段の説明がない場合、便宜上、踏込量Ｓ（Ｓａ〜Ｓｄ）、反力Ｆ（Ｆａ〜Ｆｆ）、特性ＦＡ（ＦＡａ），ＦＢ（ＦＢａ〜ＦＢｆ），ＦＣ（ＦＣａ〜ＦＣｆ），ＦＤ（ＦＤａ）を夫々代表する符号として踏込量Ｓ、反力Ｆ、特性ＦＡ，ＦＢ，ＦＣ，ＦＤを用いて以下の説明を行う。

図３，図４（ａ）に示すように、初期往特性ＦＡは、踏込量Ｓの増加に応じて線形状に増加するように設定され、主往特性ＦＢは、踏込量Ｓの増加に応じて増加すると共に下方に向かって突出するように設定されている。
復特性ＦＣは、踏込量Ｓの減少に応じて線形状に減少するように設定され、終期復特性ＦＤは、主復特性ＦＣよりも大きい減少傾向で線形状に減少するように設定されている。

運転者の感覚として知覚される反力知覚量Ｐ（感覚強さ）は反力Ｆ（刺激強さ）の対数に比例する（Weber-Fechnerの法則）ため、次式（１）によって所定の傾向を備えた反力知覚量Ｐに基づいて反力Ｆの値や傾向を求めることができる。
Ｐ＝ｋｌｏｇ（Ｆ）＋Ｋ …（１）
尚、Ｋは積分定数である。

図５（ａ）に示すように、反力知覚量Ｐと反力Ｆとの相関特性（以下、Ｐ−Ｆ特性という）を上方凸状の対数関数形状に設定することにより、運転者に対して破線で示す線形連続性を有する反力知覚量Ｐを知覚（体感）させることができる。それ故、図４（ａ）に示すように、低踏込速度におけるＦ−Ｓ特性において、初期踏込量Ｓａ且つ反力Ｆａの位置から最大踏込量Ｓｂ且つ反力Ｆｂの位置に相当する主往特性ＦＢは、図５（ａ）に示す上方凸状の対数関数形状を反転させた下方凸状の指数関数形状に設定されている。
この主往特性ＦＢは、初期踏込量Ｓａと最大踏込量Ｓｂの中間点である中間踏込量Ｓｃ（反力Ｆｃ）に接近する程、主往特性ＦＢの接線角度の変化率が小さくなるように設定されている。

また、三次元マップＭは、アクセルペダル３の踏込速度Ｖが大きい程主往特性ＦＢの非線形度合いが小さくなるように設定されている。
図５（ｂ）に示すように、高踏込速度領域のＰ−Ｆ特性は、図５（ａ）に示す低踏込速度領域のＰ−Ｆ特性に比べてＰ−Ｆ特性上の接線角度の変化率が小さくなるように形成された上方凸状の対数関数形状に設定されている。それ故、図４（ｂ）に示すように、高踏込速度におけるＦ−Ｓ特性において、初期踏込量Ｓａ且つ反力Ｆｄの位置から最大踏込量Ｓｂ且つ反力Ｆｅの位置に相当する主往特性ＦＢａは、図４（ａ）に示す主往特性ＦＢよりも接線角度の変化率が小さい下方凸状の指数関数形状に設定されている。
これは、刺激認識能力が低い高踏込速度領域よりも刺激認識能力が高い低踏込速度領域において、運転者に線形連続性を強く知覚させることにより、運転者に踏込速度Ｖに拘らず操作リニアリティを感覚的及び経験的に体感させるためである。
また、主往特性ＦＢａは、主往特性ＦＢと同様に、初期踏込量Ｓａと最大踏込量Ｓｂの中間点である中間踏込量Ｓｃ（反力Ｆｆ）に接近する程、主往特性ＦＢａの接線角度の変化率が小さくなるように設定されている。
尚、前述した接線角度の変化率に代えて、特定領域における曲率半径の逆数を用いて非線形度合を調整しても良い。

次に、筋活動推定部２３について説明する。
筋活動推定部２３は、運転者の姿勢状況に基づいてアクセルペダル３の操作に対する二関節筋の寄与率を推定するように構成されている。
二関節筋は、単関節筋に比べてエネルギー効率が高く、また、動作速度も速い特性を有している。そこで、アクセルペダル３を操作する際、運転者の運転姿勢が、二関節筋の寄与率が小さくなる姿勢状況の場合、アクセルペダル３の反力Ｆを高めることにより、足関節周りの骨格筋のうち二関節筋の活動比率を高め、運転者によるアクセルペダル３の踏込及び踏戻動作において二関節筋の筋活動に対する寄与率を高くしている。
この筋活動推定部２３は、運転者の姿勢状況をシート位置センサ９によって検出されたシートポジションをパラメータとして判定している。

図６（ａ）に示すように、運転者によって調節されたシート高さＴがＴ１の場合、運転者の膝が屈曲されて膝の角度θ１が小さくなるため、足関節の屈曲及び背屈運動における二関節筋の寄与率が減少する（単関節筋の寄与率が増加する）。
図６（ｂ）に示すように、運転者によって調節されたシート高さＴがＴ２（Ｔ２＜Ｔ１）の場合、運転者の膝の角度θ２が膝角度θ１よりも大きいため、膝角度θ２における二関節筋の寄与率は、膝角度θ１における二関節筋の寄与率よりも増加する。
図６（ｃ）に示すように、運転者によって調節されたシート高さＴがＴ３（Ｔ３＜Ｔ２）の場合、運転者の膝の角度θ３が膝角度θ２よりも大きいため、膝角度θ３における二関節筋の寄与率は、膝角度θ２における二関節筋の寄与率よりも増加する。
これにより、シート高さＴが低い程、二関節筋の寄与率の増加を推定している。

図７（ａ）に示すように、運転者によって調節されたスライド量ＬがＬ１（女性や体格が小柄）の場合、運転者の膝角度θ４が小さくなるため、足関節の屈曲及び背屈運動における二関節筋の寄与率が減少する。
図７（ｂ）に示すように、運転者によって調節されたスライド量ＬがＬ２（体格が標準）（Ｌ２＜Ｌ１）の場合、膝角度θ５が膝角度θ４よりも大きくなるため、膝角度θ５における二関節筋の寄与率は、膝角度θ４における二関節筋の寄与率よりも増加する。
図７（ｃ）に示すように、運転者によって調節されたスライド量ＬがＬ３（体格が大柄）（Ｌ３＜Ｌ２）の場合、膝角度θ６が膝角度θ５よりも大きくなるため、膝角度θ６における二関節筋の寄与率は、膝角度θ５における二関節筋の寄与率よりも増加する。
これにより、スライド量Ｌが短い程、二関節筋の寄与率の増加を推定している。

筋活動推定部２３は、シート高さＴとスライド量Ｌを加算した加算値Ｔ＋Ｌが閾値Ａよりも小さいとき、二関節筋の寄与率が大になり、加算値Ｔ＋Ｌが閾値Ａ以上且つ閾値Ｂ（Ａ＜Ｂ）以下のとき、二関節筋の寄与率が中になり、加算値Ｔ＋Ｌが閾値Ｂよりも大きいとき、二関節筋の寄与率が小になることを夫々推定している。
尚、閾値Ａ，Ｂは、人間の関節粘弾性特性に基づいて予め実験等により求めている。

また、筋活動推定部２３は、運転中の走行状況、具体的には、アクセルペダル３の踏込初期の踏込速度Ｖに基づいて活動主体とすべき人体における下肢の主働筋が単関節筋と二関節筋の何れであるか推定するように構成されている。
急加速（例えば、踏込速度Ｖが大きい１ｓｅｃ未満の加速操作）のとき、動作速度が速く且つ操作力が大きい二関節筋が主働筋に適しており、中加速（例えば、踏込速度Ｖが急加速よりも小さく且つ１〜３ｓｅｃの加速操作）のとき、単関節筋と二関節筋のバランスがとれた状態（バランス範囲）が適しており、緩加速（例えば、踏込速度Ｖが中加速よりも小さく且つ３ｓｅｃ以上の加速操作）のとき、踏込及び踏戻動作の操作精度が高い単関節筋が主働筋に適している。そこで、アクセルペダル３を操作する際、急加速操作が検出された場合、二関節筋を活動主体とすべき主働筋、中加速操作が検出された場合、単関節筋と二関節筋が協働すべき状況、緩加速操作が検出された場合、単関節筋を活動主体とすべき主働筋として推定している。
この筋活動推定部２３は、運転状況を踏込速度センサ５によって検出された踏込速度Ｖ及びアクセルペダル３の操作時間によって判定している。

次に、反力設定部２４について説明する。
反力設定部２４は、主往特性ＦＢにおける反力Ｆを筋活動推定部２３によって推定された二関節筋の筋活動に対する寄与率に基づき補正するように構成されている。
この反力設定部２４は、推定された二関節筋の寄与率に応じて主往特性ＦＢの反力Ｆを補正するための姿勢補正係数Ｋ１を夫々設定している。
本実施例では、二関節筋の寄与率が大のとき、二関節筋が十分活動しているため、基本特性を維持するように姿勢補正係数Ｋ１を零に設定し、二関節筋の寄与率が中のとき、二関節筋の寄与率を高めるため、反力Ｆを増加するように姿勢補正係数Ｋ１をＫ１ａ（０＜Ｋ１ａ）に設定し、二関節筋の寄与率が小のとき、二関節筋の寄与率を更に高めるため、姿勢補正係数Ｋ１をＫ１ａよりも大きい値のＫ１ｂに設定している。

反力設定部２４は、主往特性ＦＢの反力Ｆを筋活動推定部２３によって推定された主働筋に基づき補正するように構成されている。
この反力設定部２４は、推定された活動主体とすべき主働筋に応じて主往特性ＦＢの反力Ｆを補正するための主往特性補正係数Ｋ２を夫々設定している。
本実施例では、踏込速度Ｖが０以下のとき、基本特性を維持するように主往特性補正係数Ｋ２を零に設定し、踏込速度Ｖが緩加速のとき、主往特性ＦＢの反力Ｆを減少するように主往特性補正係数Ｋ２をＫ２ａ（Ｋ２ａ＜０）に設定し、前操作の主働筋が二関節筋で且つ踏込速度Ｖが中加速のとき、反力Ｆを減少するように主往特性補正係数Ｋ２をＫ２ｂ（Ｋ２ａ＜Ｋ２ｂ＜０）に設定し、前操作の主働筋が単関節筋で且つ踏込速度Ｖが中加速のとき、反力Ｆを増加するように主往特性補正係数Ｋ２をＫ２ｃ（０＜Ｋｃ）に設定し、踏込速度Ｖが急加速のとき、反力Ｆを更に増加するように主往特性補正係数Ｋ２をＫ２ｃよりも大きい値のＫ２ｄに設定している。

主往特性補正係数Ｋ２ａは、二関節筋の寄与率を前述したバランス範囲の下限値に相当する略４０％未満にするため、基本特性における主往特性ＦＢの反力Ｆを単関節筋の寄与率が略６０％以上の所定の反力Ｆに補正する係数である。主往特性補正係数Ｋ２ｂ，Ｋ２ｃは、基本特性における主往特性ＦＢの反力Ｆを二関節筋の寄与率がバランス範囲（二関節筋の寄与率が４０％以上且つ６０％未満）内の所定の反力Ｆに補正する係数である。主往特性補正係数Ｋ２ｄは、二関節筋の寄与率をバランス範囲の上限値に相当する略６０％よりも大きくするため、基本特性における主往特性ＦＢの反力Ｆを二関節筋の寄与率が略６０％以上の所定の反力Ｆに補正する係数である。尚、主往特性補正係数Ｋ２ａ〜Ｋ２ｄは、必ずしもバランス範囲の上限値及び下限値に基づき設定する必要はなく、設計条件に基づき任意に設定しても良い。

また、反力設定部２４は、車両発進時、急加速操作が行われた場合、初期踏込量Ｓａよりも小さい領域の初期往特性ＦＡ及び終期復特性ＦＤを所定量反力増加方向に補正した初期特性（初期往特性ＦＡａ及び終期復特性ＦＤａ）を演算し、この初期特性に基づいて初期特性補正を行っている。
この反力設定部２４は、初期特性補正を行う場合、次式（２）に基づき、主往特性ＦＢ及び主復特性ＦＣについてＦ−Ｓ特性全体をオフセット的に反力増加方向に補正している。
Ｆｘ＝（１＋α×Ｋ１＋β×Ｋ２）×Ｆ …（２）
Ｆｘは補正後の反力値、α，βは係数である。

反力設定部２４は、初期往特性補正を行わない（急加速発進時以外）場合、次式（３）に基づき、運転状況に応じてＦ−Ｓ特性を補正している。
Ｆｘ＝Ｆ＋（γ×Ｋ１＋δ×Ｋ２）×Ｓ …（３）
γ，δは係数である。
この反力設定部２４は、反力制御機構１１に補正されたＦ−Ｓ特性に基づく反力Ｆに関する指令信号を出力する。

次に、図８〜図１０のフローチャートに基づいて、制御装置１の制御処理手順について説明する。
尚、Ｓｉ（ｉ＝１，２…）は、各処理のためのステップを示す。
図８のフローチャートに示すように、まず、Ｓ１にて、イグニッション（Ｉｇ）がオン操作されたか否か判定する。
Ｓ１の判定の結果、イグニッションがオン操作された場合、各種センサ４〜９及びナビゲーションシステム１２から入力された情報を読み込み（Ｓ２）、Ｓ３に移行する。
Ｓ３では、車両が発進時か否か判定する。
Ｓ３の判定の結果、車両が発進時の場合、姿勢補正係数Ｋ１を演算し（Ｓ４）、Ｓ５に移行する。

Ｓ５では、運転者が急加速操作による発進を行ったか否か判定する。
Ｓ５の判定の結果、運転者が急加速操作を行った場合、初期往特性ＦＡ及び終期復特性ＦＤについて初期特性を演算し（Ｓ６）、Ｓ７に移行する。
Ｓ７では、主往特性補正係数Ｋ２を演算し、Ｓ８に移行する。
Ｓ８では、初期特性補正の有無を判定する。
Ｓ８の判定の結果、初期特性補正された場合、式（２）に基づき補正後の反力Ｆｘを演算し（Ｓ９）、Ｓ１０に移行する。
Ｓ１０では、補正後の反力Ｆｘを反映させたＦ−Ｓ特性に基づいて反力制御機構１１を作動させて、リターンする。

Ｓ８の判定の結果、初期特性補正されていない場合、式（３）に基づき補正後の反力Ｆｘを演算し（Ｓ１１）、Ｓ１０に移行する。
Ｓ５の判定の結果、運転者が急加速操作を行わっていない場合、Ｓ７に移行する。
Ｓ３の判定の結果、車両が発進時ではない場合、Ｓ１２に移行し、主往特性ＦＢに相当する領域を走行しているか否か判定する。
Ｓ１２の判定の結果、主往特性ＦＢに相当する領域を走行している場合、Ｓ７に移行する。Ｓ１２の判定の結果、主往特性ＦＢに相当する領域を走行していない場合、リターンする。

次に、Ｓ４の姿勢補正係数演算行程について説明する。
図９のフローチャートに示すように、姿勢補正係数演算処理では、まず、シート高さＴとスライド量Ｌを加算した加算値Ｔ＋Ｌが閾値Ａ以上か否か判定する（Ｓ２１）。
Ｓ２１の判定の結果、加算値Ｔ＋Ｌが閾値Ａ以上の場合、Ｓ２２に移行し、加算値Ｔ＋Ｌが閾値Ｂ以下か否か判定する。

Ｓ２２の判定の結果、加算値Ｔ＋Ｌが閾値Ｂ以下の場合、二関節筋の筋活動に対する寄与率が低い姿勢状況であるため、姿勢補正係数Ｋ１にＫ１ａを代入して（Ｓ２３）、終了する。
Ｓ２２の判定の結果、加算値Ｔ＋Ｌが閾値Ｂよりも大きい場合、二関節筋の筋活動に対する寄与率が更に低い姿勢状況であるため、姿勢補正係数Ｋ１にＫ１ｂを代入して（Ｓ２４）、終了する。
Ｓ２１の判定の結果、加算値Ｔ＋Ｌが閾値Ａ未満の場合、二関節筋の筋活動に対する寄与率が高い姿勢状況であるため、姿勢補正係数Ｋ１に零を代入して（Ｓ２４）、終了する。

次に、Ｓ７の主往特性補正係数演算行程について説明する。
図１０のフローチャートに示すように、主往特性補正係数演算処理では、まず、アクセルペダル３の踏込速度Ｖが零よりも大きい（踏込操作有り）か否か判定する（Ｓ３１）。
Ｓ３１の判定の結果、アクセルペダル３の踏込速度Ｖが零よりも大きい場合、Ｓ３２に移行し、緩加速か否か判定する。
Ｓ３２の判定の結果、緩加速の場合、動作の操作精度を高めるため、主往特性補正係数Ｋ２にＫ２ａを代入して（Ｓ３３）、終了する。

Ｓ３２の判定の結果、緩加速ではない場合、Ｓ３４に移行し、中加速か否か判定する。
Ｓ３４の判定の結果、中加速の場合、Ｓ３５に移行し、前操作の主働筋が二関節筋であるか否か判定する。
Ｓ３５の判定の結果、前操作の主働筋が二関節筋である場合、二関節筋主動の状態からバランス範囲内の状態に補正するため、主往特性補正係数Ｋ２にＫ２ｂを代入して（Ｓ３６）、終了する。

Ｓ３５の判定の結果、前操作の主働筋が二関節筋ではない場合、単関節優位の状態又はバランス状態からバランス範囲内の状態に補正するため、主往特性補正係数Ｋ２にＫ２ｃを代入して（Ｓ３７）、終了する。
Ｓ３４の判定の結果、中加速ではない場合、急加速であるため、動作速度を速く且つ操作力を大きくするために主往特性補正係数Ｋ２にＫ２ｄを代入して（Ｓ３７）、終了する。
Ｓ３１の判定の結果、アクセルペダル３の踏込速度Ｖが零以下の場合、主往特性補正係数Ｋ２に零を代入して（Ｓ３９）、終了する。

図１１〜図１５に基づき、各操作時のＦ−Ｓ特性を具体的に説明する。
尚、図１１〜図１５では、理解の容易化を図るため、下方凸状である主往特性ＦＢを便宜的に主復特性ＦＣに平行な線形状に表示し、Ｆ−Ｓ特性をモデル化して示している。
図１１に示すように、発進且つ急加速操作時、活動すべき主働筋が二関節筋であると推定されるため、初期往特性ＦＡ及び終期復特性ＦＤは、各々が上方に移行された初期往特性ＦＡｂ及び終期復特性ＦＤｂに初期特性補正され、主往特性ＦＢ及び主復特性ＦＣも同様に上方に移行された主往特性ＦＢｂ及び主復特性ＦＣｂに補正されている。これにより、補正前のＦ−Ｓ特性全体を上方にオフセット的に移行させることにより、主往特性ＦＢの反力Ｆを二関節筋の寄与率が６０％以上の反力Ｆｘからなる主往特性ＦＢｂに補正している。また、推定された二関節筋の筋活動に対する寄与率が低い姿勢状況の場合、オフセット量が更に増加される。

図１２に示すように、踏込量Ｓｄの地点から急加速操作（例えば、高速道路の本線合流や割り込み等）した時、活動すべき主働筋が二関節筋であると推定されるため、主往特性ＦＢｃは踏込量Ｓｄから主往特性ＦＢよりも傾斜角度が大きく且つ反力値が高くなるように補正されている。主復特性ＦＣｃも主往特性ＦＢｃと同様に補正されている。これにより、主往特性ＦＢの反力Ｆを二関節筋の寄与率が６０％以上の反力Ｆｘからなる主往特性ＦＢｃに補正している。また、推定された二関節筋の筋活動に対する寄与率が低い姿勢状況の場合、更に踏込量Ｓｄの地点からの傾斜角度及び反力値の増加傾向が拡大される。

図１３に示すように、踏込量Ｓｄの地点から緩加速操作（例えば、平坦路走行等）した時、活動すべき主働筋が単関節筋であると推定されるため、主往特性ＦＢｄは踏込量Ｓｄから主往特性ＦＢよりも傾斜角度が小さく且つ反力値が低くなるように補正されている。主復特性ＦＣｄも主往特性ＦＢｄと同様に補正されている。これにより、主往特性ＦＢの反力Ｆを二関節筋の寄与率が４０％未満の反力Ｆｘからなる主往特性ＦＢｄに補正している。また、推定された二関節筋の筋活動に対する寄与率が低い姿勢状況の場合、踏込量Ｓｄの地点からの傾斜角度及び反力値の減少傾向が縮小される。
補正前の主往特性ＦＢと補正後の主往特性ＦＢｃ（主往特性ＦＢｄ）の傾斜角度の差が所定の閾値以上の場合、運転者が特性変更に伴う違和感を感じるため、補正前の主往特性ＦＢの終端（踏込量Ｓｄの直前領域）と補正後の主往特性ＦＢｃの始端（踏込量Ｓｄの直後領域）を滑らかに接続する補正を行っている。

図１４に示すように、主働筋が二関節筋である操作中に中加速操作（例えば、高速道路の加速車線から平坦路に移行等）した時、二関節筋と単関節筋の協働状態が適していると推定されるため、主往特性ＦＢｅは踏込量Ｓｄから主往特性ＦＢよりも傾斜角度（接線角度）が小さくなるように補正されている。主復特性ＦＣｅも主往特性ＦＢｅと同様に補正されている。また、推定された二関節筋の筋活動に対する寄与率が低い姿勢状況の場合、踏込量Ｓｄの地点からの傾斜角度の減少傾向が縮小される。
図１５に示すように、主働筋が単関節筋である操作中に中加速操作（平坦路から高速道路の加速車線に移行等）した時、二関節筋と単関節筋の協働状態が適していると推定されるため、主往特性ＦＢｆは踏込量Ｓｄから主往特性ＦＢよりも傾斜角度が大きくなるように補正されている。主復特性ＦＣｆも主往特性ＦＢｆと同様に補正されている。また、推定された二関節筋の筋活動に対する寄与率が低い姿勢状況の場合、踏込量Ｓｄの地点からの傾斜角度の増加傾向が拡大される。尚、中加速操作の場合、姿勢補正を含めて補正完了後の反力Ｆｘがバランス範囲内に収まるように上限値及び下限値が調整されている。

次に、上記車両用制御装置１の作用、効果について説明する。
本制御装置１によれば、この車両用制御装置１では、運転者の姿勢状況に基づいてアクセルペダル３の操作に対する二関節筋の寄与率を推定する筋活動推定部２３を備えているため、運転者の膝角度θを介してアクセルペダル３操作に関与する二関節筋の寄与率を推定することができる。反力設定部２４が、主往特性ＦＢの傾斜角度又は主往特性の反力Ｆを筋活動推定部２３によって推定されたアクセルペダル３の操作に対する二関節筋の寄与率に基づき補正するため、アクセルペダル３の反力Ｆを介してアクセルペダル３操作に関与する二関節筋の寄与率を増加することができ、運転者のアクセルペダル３の操作性を向上することができる。

反力設定部２４は、アクセルペダル３の操作に対する二関節筋の寄与率が小さい程主往特性ＦＢを反力増加方向に補正するため、寄与率に応じて二関節筋の活動を誘発することができ、アクセルペダル３操作に関与する二関節筋の寄与率を増加することができる。

反力設定部２４は、主往特性ＦＢを含むＦ−Ｓ特性全体をオフセット的に補正するため、制御処理上、簡単な構成で、二関節筋の寄与率を調整することができる。

運転者のシート位置を検出するシート位置センサ９を備え、筋活動推定部２３は、シート位置センサ９によって検出されたシート位置によってアクセルペダル３の操作に対する二関節筋の寄与率を推定するため、シート位置をパラメータとして運転者の姿勢状況を判定することができ、アクセルペダル３の操作に対する二関節筋の寄与率を推定することができる。

次に、前記実施形態を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施形態においては、アクチュエータと摩擦部材とにより構成した反力制御機構を用いた例を説明したが、反力モータを備えたアクセルバイワイヤ機構を用いても良い。

２〕前記実施形態においては、姿勢状況をシート高さとスライド量からなるシートポジションを介して推定した例を説明したが、何れか一方のみを用いて推定しても良い。また、シートポジションに加えて、車両のボディ形状（セダン、スポーツ、ＳＵＶ等）を推定要件としても良い。この場合、ＳＵＶは膝角度が小、セダンは膝角度が中、スポーツは膝角度が大として分類する。

３〕前記実施形態においては、急加速発進時、Ｆ−Ｓ特性全体をオフセット的に反力増加方向に補正した例を説明したが、初期往特性と終期復特性のみ増加補正しても良い。
また、初期往特性と終期復特性のみ増加補正すると共に、踏込量中盤まで二関節筋優位になるよう補正し、中盤以降単関節筋優位になるよう補正することも可能である。

４〕前記実施形態においては、膝角度が大中小の３通りに区分した例を説明したが、大小２通りの区分でも良く、４通り以上の区分や、膝角度に応じたリニアな補正を行うことも可能である。また、姿勢状況に応じて傾斜角度及び反力値を増加する例を説明したが、膝角度が大き過ぎる運転者の場合、若干単関節筋の寄与率を増加するため、二関節筋の寄与率を減少させても良い。

５〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態や各実施形態を組み合わせた形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

１ 制御装置
３ アクセルペダル
４ 踏込量センサ
９ シート位置センサ
２３ 筋活動推定部
２４ 反力設定部
Ｓ 踏込量
Ｖ 踏込速度
Ｆ 反力
Ｍ 三次元マップ
ＦＢ 主往特性

Claims (4)

1. 往特性及び復特性を有し且つアクセルペダルの踏込量と反力値との相関関係を設定した制御マップと、この制御マップに基づきアクセルペダルの反力値を設定する反力設定手段とを備えた車両用制御装置において、
   運転者の姿勢状況に基づいてアクセルペダルの操作に対する二関節筋の寄与率を推定する筋活動推定手段を備え、
   前記反力設定手段が、踏込開始及び踏込終了領域を除く主往特性の傾斜角度又は主往特性の反力値を前記筋活動推定手段によって推定されたアクセルペダルの操作に対する二関節筋の寄与率に基づき補正することを特徴とする車両用制御装置。
2. 前記反力設定手段は、アクセルペダルの操作に対する二関節筋の寄与率が小さい程前記主往特性を反力増加方向に補正することを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
3. 前記反力設定手段は、前記主往特性を含む前記制御マップにおける反力と踏込量との相関特性全体をオフセット的に補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用制御装置。
4. 運転者のシート位置を検出するシート位置検出手段を備え、
   前記筋活動推定手段は、前記シート位置検出手段によって検出されたシート位置によってアクセルペダルの操作に対する二関節筋の寄与率を推定することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用制御装置。

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