JPWO2011105125A1 - アクセルペダル踏力制御装置 - Google Patents

Abstract

【要約書】アクセル開度が開度閾値よりも大きくなると、アクセルペダルのベース踏力を増加させる。アクセル開度の増加に対してペダル踏力が一定割合で増加する特性に近づくように、アクセル開度に応じてペダル踏力の増加量を変化させる。例えば、アクセル開度が増加するに従ってベース踏力の増加割合が減少する上に凸な特性の機構を用いた場合には、アクセル開度が増加するに従って踏力増加量を増加させる。逆に、アクセル開度が増加するに従ってベース踏力の増加割合が増加する下に凸な特性の機構を用いた場合には、アクセル開度が増加するに従ってペダル踏力の増加量を減少させる。

Description

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

近年、車両の燃費向上を図る技術として、運転者が必要以上にアクセルペダルを踏み込んだような場合に、アクセルペダルのベース踏込反力（ベース踏力）に対して所定の増加量の踏力を意図的に増加することで、アクセルペダルを操作する運転者に適度な壁感を与え、燃費の良い運転領域へ誘導するような技術が提案されている。例えば特許文献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踏込反力（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。

特開２００７−１２０３３９号公報

アクセルペダルにベース踏力を与える機構として、その構造上、アクセルペダルの操作量に対してベース踏力が完全には比例せず、アクセル開度が増加するに従ってベース踏力の増加割合が増加又は減少する特性のものがある。このような構造のものを用いた場合に、ベース踏力に対して所定の増加量だけペダル踏力を増加させて、運転者に適度な壁感を与えた後にも、運転者が更にアクセルペダルを踏み増していくような場合に、以下のような問題が新たに生じることがわかった。

すなわち、ベース踏力の増加割合が減少する特性のものでは、アクセルペダルの踏み増しに伴ってトータルのペダル踏力（ベース踏力＋踏力増加量）が減少するような印象を与え、適度な壁感を運転者に与え続けることができず、例えば燃費の悪い運転条件であるにもかかわらず運転者が過度にアクセルペダルを踏み増すおそれがある。逆に、アクセル開度が増加するに従ってベース踏力の増加割合が増加する特性のものでは、運転者に対して過剰にペダル踏力が大きくなったような印象を与えてしまい、好ましくない。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。

そこで本発明では、その構造上、アクセルペダルの操作量に対してベース踏力が完全には比例せず、アクセル開度が増加するに従ってベース踏力の増加割合が増加又は減少する特性のものであっても、踏力増加量を適切に与えることで、燃費効率に関連したインフォメーションを運転者に正確に伝え、燃費の良い運転領域を十分に活用できるようにした。

すなわち、本発明に係るアクセルペダル踏力制御装置は、車両のアクセルペダルの操作により変化するアクセル開度の増加に応じてアクセルペダルのベース踏力を増加させるベース踏力付与手段と、上記アクセル開度を検知するアクセル開度検知部（アクセル開度検知手段）と、上記ベース踏力に対してペダル踏力を増加させるペダル踏力増加部（ペダル踏力増加手段）と、を有し、上記ペダル踏力増加部は、アクセル開度の増加に対してペダル踏力が一定割合で増加する特性に近づくように、アクセル開度に応じてペダル踏力の増加量を変化させることを特徴としている。

例えば、ベース踏力を付与する機構が、その構造上、アクセル開度が増加するに従ってベース踏力の増加割合が減少する特性のものである場合には、アクセル開度が増加するに従って、ペダル踏力の増加量を増加させれば良い。逆に、ベース踏力を付与する機構が、その構造上、アクセル開度が増加するに従ってベース踏力の増加割合が増加する特性のものである場合には、アクセル開度が増加するに従って、ペダル踏力の増加量を減少させれば良い。

典型的には、車両の運転状態に基づいて燃費効率に関連した開度閾値を設定する開度閾値設定部（開度閾値設定手段）と、アクセル開度が上記開度閾値よりも大きいかを判定する判定部（判定手段）と、を有し、上記ペダル踏力増加部は、上記判定部によりアクセル開度が上記開度閾値よりも大きいと判定されたときに、アクセルペダルのペダル踏力を増加させる。

本発明によれば、構造上、アクセルペダルの操作量の増加に対してベース踏力の増加割合が比例しないものであっても、アクセル開度が増加するに従ってペダル踏力の増加量を変化させて、トータルのペダル踏力の増加割合を一定に近づけることで、ペダル踏力の増加後に運転者がアクセルペダルを更に踏み増していくような場合であっても、適度な壁感を与え続けることができ、燃費効率に関連したインフォメーションを運転者に正確に伝え、燃費効率の良い運転領域を幅広く活用することが可能となる。

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す説明図。 踏力変更機構を模式的に示す説明図。 本発明の第１実施例に係るアクセルペダルのベース踏力が上に凸な特性となる機構を模式的に示す説明図。 上記第１実施例のベース踏力の特性を示す特性図。 上記第１実施例に係るペダル踏力の増加の態様を示す特性図（ａ）及びタイミングチャート（ｂ）。 本発明の第２実施例に係るアクセルペダルのベース踏力が下に凸な特性となる機構を模式的に示す説明図。 上記第２実施例のベース踏力の特性を示す特性図。 上記第２実施例に係るペダル踏力の増加の態様を示す特性図（ａ）及びタイミングチャート（ｂ）。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、図１及び図２は装置全体の一構成を模式的に示すものであって、ベース踏力を与える機構の第１実施例及び第２実施例については図３及び図６を用いて後述する。

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、アクセル開度検知部（アクセル開度検知手段）の一例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、ベース踏力を付与する機構（ベース踏力付与部）の第１実施例として、アクセル開度が増加するに従って、ベース踏力の増加割合が減少する特性のものを模式的に示している。図３（ａ）はペダルストロークが小さい場合、図３（ｂ）はペダルストロークが大きい場合を示している。この機構は、支点２１Ａを中心に揺動するアクセルペダル２（図２参照）のパッド２１と、このパッド２１にベース踏力に相当するバネの反力を付与するスプリング２２とを、第１リンク２３と第２リンク２４とにより連結した構造となっている。第１リンク２３は、一端でパッド２１に連結され、他端で第２リンク２４に連結されている。第１リンク２３とパッド２１とは互いに揺動可能に連結され、第１リンク２３と第２リンク２４とは互いに揺動可能に連結されている。第２リンク２４は、支点２４Ａを中心に回転可能に車体側に取り付けられており、この支点２４Ａから一方へ延びる第１アーム２４Ｂの先端で第１リンク２３と連結され、支点２４Ａから他方へ延びる第２アーム２４Ｃの先端でスプリング２２と連結されている。

このような構成により、運転者が所定の操作力Ｆ１（Ｆ１’）でパッド２１を踏み込むと、第１リンク２３の長手方向に沿う成分が、第１リンク２３が第２リンク２４を押し込もうとする分力Ｆ２として作用し、かつ、この力Ｆ２のうち、第２リンク２４の第１アームと直交する方向の成分が、第２リンク２４を回転させようとする分力Ｆ３Ａとして作用し、この力Ｆ３Ａによるトルク（第１アーム２４Ｂの腕長さ×Ｆ３Ａ）が、スプリング２２のバネ力Ｆ３によるトルク（第２アーム２４Ｃの腕長さ×Ｆ３の第２アーム２４Ｃの直交方向成分）と釣り合うこととなる。

ここで、運転者によるアクセルペダルの操作量・踏込量（ペダルストローク又はアクセル開度とも呼ぶ）、すなわちアクセルペダル２の傾斜角度に応じて、Ｆ１とＦ２とのなす角度α１やＦ２とＦ３Ａとのなす角度α２が変化することによって、同等のスプリング２２の反力Ｆ３と釣り合うのに必要な運転者の操作力Ｆ１が異なるものとなる。なお、実際には踏力の増加に応じてスプリング反力Ｆ３も大きくなっていくものであるが、ここでは理解を容易にするために、アクセルペダルの操作量にかかわらず同等のスプリング反力Ｆ３のものとして説明する。

この第１実施例では、パッド２１のペダルストロークが大きくなるほど、上記の角度α１’，α２’が小さくなり（α１’＜α１、α２’＜α２）、踏込力Ｆ１’に対する分力Ｆ２’，Ｆ３Ａ’の割合が大きくなっていくことから、踏込力Ｆ１’に対して最終的にバネ力と釣り合う力Ｆ３Ａ’が大きくなり、同じスプリング２２の反力Ｆ３と釣り合うのに必要なベース踏力Ｆ１’が小さくなっていく（Ｆ１＞Ｆ１’）。この結果、図４にも示すように、アクセルペダルのペダルストローク（アクセル開度）の増加に応じてベース踏力が完全に比例して増加するものではなく、アクセル開度が増加するに従って、ペダル踏力の増加割合が減少する、いわゆる上に凸な特性のものとなる。なお、この図４は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て増加する。

図５に示すように、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をベース踏力よりもステップ的に増加させる。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、運転者に適度な壁感を与え、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。

ここで、本実施例のようにベース踏力が上に凸な特性となる機構を用いて、ペダル踏力をベース踏力に対して増加させる場合、ペダル踏力増加後のトータルのペダル踏力（ベース踏力＋踏力増加量）がアクセル開度の増加に対して一定割合で増加する特性に近づくように、図５の破線Ｈ１の特性で示すように一定の増加量ΔＦ０を増加するのではなく、アクセル開度の増加に応じてペダル踏力の増加量を増加させていく。つまり、図５に示すように、一定の増加量ΔＦ０に対し、アクセル開度に比例して増加する追加の増加量ΔＦ１を加えている。

このような特性とすることによって、運転者に対してペダル踏力を増加した後に運転者がアクセルペダルを踏み足したような場合に、ペダル踏力の増加割合が減少することによって壁感が失われるような印象を与えることを抑制し、一定の適度な壁感を与え続けることができるために、壁感が失われたと運転者が感じてアクセルペダルを不必要に踏み増すことが抑制され、これによる燃費の悪化を抑制することができる。

なお、図５（ｂ）に示すように、この実施例の機構では、比較的大きなアクセル開度となってからベース踏力の増加割合が大きくなる傾向にあるために、アクセル開度が開度閾値ＳＬよりも大きい所定値ＳＬ１に達してからアクセル開度の増加に応じて踏力増加量を増大するようにしているが、これに限らず、例えばアクセル開度閾値ＳＬを超えたら直ちに踏力増加量の増加割合を増大させるようにしても良い。

図６は、ベース踏力を付与する機構（ベース踏力付与部）の第２実施例として、アクセル開度が増加するに従ってペダル踏力の増加割合が増加する特性のものを模式的に示している。図６（ａ）はペダルストロークが小さい場合、図６（ｂ）はペダルストロークが大きい場合を示している。この機構は、支点３１Ａを中心に揺動するアクセルペダル２のパッド３１と、このパッド３１とプーリ３２とを連結するリンク３３と、プーリ３２を所定方向（図の時計回り方向Ｘと反対方向）へ付勢するスプリング３４と、を有しており、このスプリング３４のバネ力Ｆ５によってベース踏力Ｆ４が付与される。パッド３１とリンク３３とは互いに揺動することのないように連結されている。

上記の構成において、運転者が所定の操作力Ｆ４でアクセルペダル２を踏み込むと、プーリ３２の接線方向に沿う分力が、リンク３３を介してプーリ３２を所定方向Ｘへ回転させようとする力Ｆ５（Ｆ５＜Ｆ４）として作用し、この力Ｆ５とスプリング３４のバネ力とが釣り合うこととなる。

ここで、アクセルペダル２の踏込量（ペダルストローク）つまり傾斜角度に応じて、アクセルペダル２を踏み込む方向とプーリ３２の接線方向とのなす角度βが変化することから、同じスプリング３４の反力Ｆ５と釣り合うのに必要な運転者の操作力Ｆ４つまりベース踏力が異なるものとなる。この第２実施例では、パッド２１のペダルストロークが大きくなるほど、上記の角度βが角度β’へと大きくなることから、同じスプリング３４の反力Ｆ５と釣り合うのに必要なベース踏力Ｆ４’も大きくなっていく（Ｆ４＜Ｆ４’）。この結果、図７に示すように、アクセルペダルのペダルストローク（アクセル開度）が増加するに従って、ペダル踏力の増加割合が増加する、いわゆる下に凸な特性のものとなる。

このようにベース踏力が下に凸な特性となる機構を用いて、ペダル踏力をベース踏力に対して増加させる場合には、増加後のトータルのペダル踏力（ベース踏力＋踏力増加量）がアクセル開度の増加に対して一定割合で増加する特性に近づくように、アクセル開度の増加に応じてペダル踏力の増加量を減少させる。つまり、図８に示すように、一定の増加量ΔＦ０に対し、アクセル開度に比例する減少量ΔＦ２だけ減少させていく。

このような特性とすることによって、運転者に対して過剰にペダル踏力が大きくなったような印象を与えることがなく、アクセル開度の増加に伴って一定の割合で踏力が増加することとなるために、適度な壁感を与えつつ、ペダル踏力を踏み足し易いものとなり、運転者の意図通りの加速を実現することができる。

なお、上記実施例では、アクセルペダルのペダル踏力増加後にペダル踏力が一定となるように制御しているが、図３に示すように、上に凸な特性の機構を用いる場合には、ペダル踏力増加前、つまりペダル踏力の増加がなされていない状況であっても、図５の一点鎖線Ｐで示すように、アクセル開度の増加に応じてペダル踏力が一定割合で増加するように、ペダル踏力に所定の増加分ΔＰを付与するようにしても良い。この場合、例えば、運転者にアクセルペダルを踏み込むに従ってペダル踏力が軽くなるような印象を与えて運転者が不必要にアクセルペダルを踏み増すおそれがあるような場合に、ペダル踏力を適切に増加することで、このような運転者のアクセルペダルの踏み増しを抑制することができる。 また、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。

Claims (4)

1. 車両のアクセルペダルの操作により変化するアクセル開度の増加に応じてアクセルペダルのベース踏力を増加させるベース踏力付与部と、
   上記アクセル開度を検知するアクセル開度検知部と、
   上記ベース踏力に対してペダル踏力を増加させるペダル踏力増加部と、を有し、
   上記ペダル踏力増加部は、アクセル開度の増加に対してペダル踏力が一定割合で増加する特性に近づくように、アクセル開度に応じてペダル踏力の増加量を変化させることを特徴とするアクセルペダル踏力制御装置。
2. 車両の運転状態に基づいて燃費効率に関連した開度閾値を設定する開度閾値設定部と、
   アクセル開度が上記開度閾値よりも大きいかを判定する判定部と、を有し、
   上記ペダル踏力増加部は、上記判定部によりアクセル開度が上記開度閾値よりも大きいと判定されたときに、アクセルペダルのペダル踏力を増加させ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. 上記ベース踏力付与部が、アクセル開度が増加するに従ってベース踏力の増加割合が減少する特性のものであり、
   上記ペダル踏力増加部は、アクセル開度が増加するに従って、ペダル踏力の増加量を増加させることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクセルペダル踏力制御装置。
4. 上記ベース踏力付与部が、アクセル開度が増加するに従ってベース踏力の増加割合が増加する特性のものであり、
   上記ペダル踏力増加部は、アクセル開度が増加するに従って、ペダル踏力の増加量を減少させることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクセルペダル踏力制御装置。

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