JP5953992B2 - 車両用走行制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の加減速を制御する車両用走行制御装置に関する。

特許文献１は、ペダルストロークが所定値よりも大きい領域を加速領域、所定値よりも小さい領域を減速領域に設定し、一つのペダルで車両の加減速を制御する技術を開示している。

当該技術では、加速領域においてはペダルストロークが大きくなるほど車両の加速度が大きくなるように、また、減速領域においてはペダルストロークが小さくなるほど車両の減速度が大きくなるように、ペダルストロークと加減速度との関係を設定している。

特開２００６−１６８４９７号公報

しかしながら、上記技術では、車両を減速させようと運転者が踏力を減らし、ペダルを戻した場合に、ペダルストロークが安定せず、所望の減速度が得られないという問題があった。

これは、運転者が踏力を減らすと骨格特性によって足首の剛性が低下し、この状態で足（足首よりも下の部分）に車両減速時の慣性力が作用すると、運転者の意図に反してペダルが踏み込まれ、車両の減速度が小さくなってしまうからである。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、一つの操作ペダルで車両の加減速を制御する技術において、所望の減速度が得られるようにすることを目的とする。

本発明のある態様によれば、車両用走行制御装置は、ペダルストロークに応じて車両を加速又は減速させ、ペダルストロークが前記車両を減速させるストローク範囲である減速領域にある場合はペダルストロークが小さくなるほど前記車両の減速度を大きくするペダルと、前記ペダルのペダル反力を調整するペダル反力調整機構とを備える。

そして、ペダルストロークが前記減速領域にある場合、同一ペダルストロークでは、ペダル踏み込み方向に操作する場合のペダル反力がペダル戻し方向に操作する場合のペダル反力よりも大きくなるように、かつ、ペダルストロークが小さいときはペダルストロークが大きいときに比べ、ペダル踏み込み方向に操作する場合のペダル反力とペダル戻し方向に操作する場合のペダル反力との差が大きくなるようにペダル反力制御手段によって前記ペダル反力調整機構を制御する。

上記態様によれば、車両減速時に足に作用する慣性力によって足が動いてペダルが踏み込まれそうになっても、ペダル反力が増大されるので、ペダルストロークが増大するのが抑制される。これにより、運転者の意図に反してペダルが踏み込まれて減速度が小さくなってしまうのを抑制することができる。
また、車両減速時に足に作用する慣性力はペダルストロークが小さく減速度が大きいほど大きくなるが、上記態様によれば、ペダルストロークが小さいときはペダルストロークが大きいときに比べ、ペダル踏み込み方向に操作する場合のペダル反力とペダル戻し方向に操作する場合のペダル反力との差が大きくなるので、ペダルストローク（減速度）に関係なく、ペダルストロークの増大が抑制される。

第１実施形態に係る車両用走行制御装置の概略構成図である。 ペダルストロークと加減速度指令との関係（Ｓ−Ｇ特性）を規定したテーブルである。 コントローラの制御内容を示したフローチャートである。 ペダルストロークとペダル反力の補正量との関係を規定するテーブルである。 ペダルストローク−加減速度指令の関係（Ｓ−Ｇ特性）及びペダルストローク−ペダル反力の関係（Ｓ−Ｆ特性）を示した図である。 第２実施形態に係る車両用走行制御装置の概略構成図である。 コントローラの制御内容を示したフローチャートである。 ペダルストロークとペダル反力の補正量との関係を規定するテーブルである。 ペダルストローク−加減速度指令の関係（Ｓ−Ｇ特性）及びペダルストローク−ペダル反力の関係（Ｓ−Ｆ特性）を示した図である。 第３実施形態に係る車両用走行制御装置のコントローラの制御内容を示したフローチャートである。 ストローク速度とペダル反力の補正量との関係を規定したテーブルである。 ペダルストローク−加減速度指令の関係（Ｓ−Ｇ特性）及びペダルストローク−ペダル反力の関係（Ｓ−Ｆ特性）を示した図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、足首よりも下の部位を「足」と定義する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用走行制御装置１の概略構成を示している。車両用走行制御装置は、ペダル２、バネ部材３、アクチュエータ４、ストロークセンサ５、車速センサ６、及び、コントローラ７を備える。

ペダル２は、車両の加減速度を制御するための足踏み式の操作部である。運転者がペダル２に足を置き、踏力を調整すれば、ペダルストローク（ペダルの操作量、具体的には、足が載置されている部分の変位量）が変化し、ペダルストロークに応じて車両が加速又は減速する。

バネ部材３は、ペダル２と床面８との間に設けられる。バネ部材３は、ペダル２が踏み込まれた場合にペダルストロークに応じたペダル反力（ペダル２から足に作用する力）を発生させる。

アクチュエータ４は、バネ部材３と並列にペダル２と床面８との間に設けられる。アクチュエータ４は、ペダル反力を増大させる方向及びペダル反力を減少させる方向のいずれの方向にも力を発生することができ、ペダル反力の調整機構として機能する。

ストロークセンサ５は、ペダル２のペダルストロークを検出するセンサである。

車速センサ６は、車速を検出するセンサであり、例えば、車輪速センサである。

コントローラ７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等で構成される。コントローラ７は、ストロークセンサ５の検出値に基づき、図２に示すペダルストロークと車両加減速度との関係（Ｓ−Ｇ特性）を規定したテーブルを参照して加減速度指令を算出する。

図２に示すテーブルでは、ペダルストロークが０からＳ０までの減速領域にある場合は、加減速度指令が減速度となり、ペダルストロークが小さくなるほど車両の減速度が大きくなる。これに対し、ペダルストロークがＳ０から最大ストロークＳｍａｘまでの加速領域にある場合は、目標とする加減速度指令が加速度となり、ペダルストロークが大きくなるほど車両の加速度が大きくなる。

そして、加減速度指令が加速度である場合は、コントローラ７は、当該加速度が実現されるよう車両の駆動部１１を制御する。駆動部１１は、エンジン車であればエンジン及びその制御部、ＨＥＶであればエンジン、モータ及びこれらの制御部、ＥＶであればモータ及びその制御部である。これに対し、加減速度指令が減速度である場合は、コントローラ７は、当該減速度が実現されるよう車両の制動部１２を制御する。制動部１２は、エンジン車であればブレーキ及びその制御部、モータの回生トルクで制動が可能なＨＥＶ及びＥＶである場合はブレーキ、モータ及びこれらの制御部である。

ところで、車両を減速させようと運転者が踏力を減らしてペダル２を戻した場合、骨格特性によって足首の剛性が低下するとともに、車両減速時の慣性力が足に作用する。このとき、車両減速時の慣性力を受けて足が車両前方に動き、運転者の意図に反してペダル２が踏み込まれると、減速度が小さくなり、運転者が意図した減速が得られなくなる。これを抑えようと運転者が自ら踏力を調整した場合は、減速度がハンチングを起こす場合もある。

そこで、上記車両用走行制御装置では、ペダルストロークが減速領域にある場合にコントローラ７がアクチュエータ４の出力を調整してペダル反力を調整し、車両減速時の慣性力を受けて足が動くのを抑制する。

図３は、コントローラ７の制御内容を示したフローチャートである。以下、これを参照しながらコントローラ７の制御内容について説明する。

まず、コントローラ７は、ストロークセンサ５で検出されるペダルストロークを読み込み（Ｓ１１）、図２に示すテーブルを参照して加減速度指令を算出する（Ｓ１２）。

次に、コントローラ７は、加減速度指令が加速度か減速度かを判断する（Ｓ１３）。加減速度指令が加速度である場合は処理がＳ１４に進み、コントローラ７は、加減速度指令の加速度が実現されるように、駆動部１１を制御する。これに対し、加減速度指令が減速度である場合は処理がＳ１５に進み、コントローラ７は、加減速度指令の減速度が実現されるように、制動部１２を制御する。

加減速度指令が減速度である場合は、車両減速時の慣性力を受けて足が動いて減速度が小さくなるのを抑えるべく、コントローラ７は、さらに以下のペダル反力調整処理（Ｓ１６〜Ｓ２０）を行う。

ペダル反力調整処理では、まず、コントローラ７は、ペダルストロークとペダル反力の補正量との関係を規定するテーブルを設定する（Ｓ１６）。

テーブルは、図４に示すように、ペダル２が踏み込み方向に操作されている場合のペダル反力の補正量がペダルストロークが小さいほど大きな値（正値）となり、ペダル２が戻し方向に操作されている場合のペダル反力の補正量がペダルストロークが小さいほど大きな値（負値）となるように設定される。

さらに、テーブルは、車両の減速度及びペダル角（ペダル２と床面８がなす角）に基づき、以下の特性となるように設定される。

すなわち、同一ペダルストロークでの、踏み込み方向に操作する場合のペダル反力の補正量と戻し方向に操作する場合のペダル反力の補正量との差が、車両減速時に足に作用する慣性力のペダルストローク方向成分（＝足の重量×車両の減速度×ｓｉｎ（ペダル角））に等しくなるように、踏み込み方向及び戻し方向それぞれのペダル反力の補正量が設定される。

これは、車両減速時の慣性力が足に作用することによってペダル２の操作方向が戻し方向から踏み込み方向に転じたタイミングで、足に作用する慣性力のペダルストローク方向成分に等しい量だけペダル反力を増大させることで、踏力及び足に作用する慣性力のペダルストローク方向成分の合計値がペダル反力とバランスするようにし、ペダルストロークが変化しないようにするためである。

なお、テーブルの設定に必要な足の重量は、初期設定時に運転者が入力するようにしてもよいし、シートに取り付けられた荷重センサで検出される体重等、他の数値から推定するようにしてもよい。車両の減速度は、車速センサ６で検出される車速を微分することによって算出することができ、ペダル角はストロークセンサ５で検出されるペダルストロークから算出することができる。

次に、コントローラ７は、ペダル２が戻し方向に操作されているか判断する（Ｓ１７）。判断はペダルストロークの微分値に基づき行われ、ノイズの影響を除去するために、所定値（負値）よりもペダルストロークの微分値が小さい場合にペダル２が戻し方向に操作されていると判断される。

ペダル２が戻し方向に操作されている場合は処理がＳ１８に進み、Ｓ１６で設定したテーブルを参照して、戻し方向に操作されている場合のペダル反力の補正量（負値）が算出される。

これに対し、ペダルが戻し方向に操作されていない場合、すなわち、ペダル２が操作されていないか、踏み込み方向に操作されている場合は、処理がＳ１９に進む。Ｓ１９では、Ｓ１８と同様に、Ｓ１６で設定したテーブルを参照して、踏み込み方向に操作されている場合のペダル反力の補正量（正値）が算出される。

このようにしてペダル反力の補正量を算出したら、コントローラ７は、当該補正量が得られるようにアクチュエータ４の出力を制御する（Ｓ２０）。

図５は上記制御を行った場合のペダルストローク−加減速度指令の関係（Ｓ−Ｇ特性）及びペダルストローク−ペダル反力の関係（Ｓ−Ｆ特性）を示している。

上記制御によれば、減速領域では、ペダルストロークが小さくなるほどペダル反力が小さくなるが、ペダル操作方向によってペダル反力が異なり、同一ストロークＳでは、戻し方向に操作されている場合のペダル反力Ｆ１よりも踏み込み方向に操作されている場合のペダル反力Ｆ２の方が大きくなる。そして、両者の差Ｆ２−Ｆ１は、車両減速時に足に作用する慣性力のペダルストローク方向成分に等しく、ペダルストロークが小さくなるほど大きくなる。

このような特性によれば、車両減速時に足に作用する慣性力によって足が動いてペダル２が踏み込まれそうになっても、ペダル反力が増大し、ペダルストロークの増大が抑制されるので、運転者の意図に反してペダル２が踏み込まれて減速度が小さくなってしまうのを抑制することができる。つまり、ペダルの操作量に応じた減速度が得られるようになり、ペダルの操作性が向上する。

また、車両減速時に足に作用する慣性力はペダルストロークが小さく減速度が大きいほど大きくなるが、本実施形態ではペダルストロークが小さくなるほど戻し方向に操作されている場合のペダル反力と踏み込み方向に操作されている場合のペダル反力との差が大きくなるので、ペダルストローク（減速度）に関係なく、ペダルストロークの増大が抑制され、上記作用効果が奏される。

特に、本実施形態では、両者の差を足に作用する慣性力のペダルストローク方向成分に等しく設定したことにより、踏力及び足に作用する慣性力のペダルストローク方向成分の合計値がペダル反力とバランスし、減速時のペダルストロークの変化を略抑えることができる。

＜第２実施形態＞
続いて本発明の第２実施形態について説明する。

第２実施形態は、図６に示すように、ペダル反力調整機構としてブレーキ９を備えている点、及び、以下に説明するコントローラ７の制御内容（図７）が第１実施形態と相違する。以下、相違点を中心に説明する。

ブレーキ９は、第１実施形態のアクチュエータ４に代えて設けられるものである。ブレーキ９は、アクチュエータ４と異なり、ペダル２の動きを妨げる方向にしか力を作用させることができず、ペダル反力を増大させることしかできない。

図７は、コントローラ７の制御内容を示したフローチャートである。以下、これを参照しながらコントローラ７の制御内容について説明する。

Ｓ２１〜Ｓ２５の処理は図３のＳ１１〜Ｓ１５と同じであり、コントローラ７は、ペダルストロークに応じて加速が減速かを判断し、判断結果に応じて駆動部１１又は制動部１２を制御する。

Ｓ２６〜Ｓ２７は、車両減速時に行われるペダル反力調整処理である。

Ｓ２６では、コントローラ７は、ペダルストロークとペダル反力の補正量との関係を規定するテーブルを設定する。

テーブルは、図８に示すように、踏み込み方向に操作されている場合のペダル反力の補正量がペダルストロークが小さいほど大きな値（正値）となり、戻し方向に操作されている場合のペダル反力の補正量が０となるように設定される。

さらに、テーブルは、第１実施形態と同様に、同一ペダルストロークでの、踏み込み方向に操作する場合のペダル反力の補正量と戻し方向に操作する場合のペダル反力の補正量との差（＝踏み込み方向に操作する場合のペダル反力の補正量）が、足に作用する慣性力のペダルストローク方向成分（＝足の重量×車両の減速度×ｓｉｎ（ペダル角））に等しくなるように設定される。

次に、コントローラ７は、ペダル２が戻し方向に操作されているか判断する（Ｓ２７）。判断は第１実施形態と同様にペダルストロークの微分値に基づき行われる。

ペダル２が戻し方向に操作されている場合は処理がＳ２８に進み、Ｓ２６で設定したテーブルを参照して、ペダル反力の補正量を０にする。

これに対し、ペダル２が戻し方向に操作されていない場合、すなわち、ペダル２が操作されていないか、踏み込み方向に操作されている場合は処理がＳ２９に進む。そして、Ｓ２６で設定したテーブルを参照して、踏み込み方向に操作されている場合のペダル反力の補正量（正値）を算出する。

このようにしてペダル反力の補正量を算出したら、コントローラ７は当該補正量が得られるようにブレーキ９の出力を制御する（Ｓ３０）。

図９は上記制御を行った場合のペダルストローク−加減速度指令の関係（Ｓ−Ｇ特性）及びペダルストローク−ペダル反力の関係（Ｓ−Ｆ特性）を示している。

第１実施形態と同じく、減速領域では、ペダル操作方向によってペダル反力の特性が異なり、同一ストロークＳでは、戻し方向に操作されている場合のペダル反力Ｆ１よりも踏み込み方向に操作されている場合のペダル反力Ｆ２の方が大きくなる。そして、両者の差Ｆ２−Ｆ１は、足に作用する慣性力のペダルストローク方向成分に等しく、ペダルストロークが小さくなるほど大きくなる。

このようにアクチュエータ４の代わりにブレーキ９を用いても同様のペダルストローク−ペダル反力の関係（Ｓ−Ｆ特性）を実現することができ、それによる作用効果は第１実施形態と同様である。

＜第３実施形態＞
続いて本発明の第３実施形態について説明する。

第３実施形態は、車両用走行制御装置１の構成については第１実施形態と同じであるが、コントローラ７の制御内容（図１０）が第１実施形態と相違する。以下、相違点を中心に説明する。

図１０は、コントローラ７の制御内容を示したフローチャートである。以下、これを参照しながらコントローラ７の制御内容について説明する。

Ｓ３１〜Ｓ３５の処理は図３のＳ１１〜Ｓ１５と同じであり、コントローラ７は、ペダルストロークに応じて加速が減速かを判断し、判断結果に応じて駆動部１１又は制動部１２を制御する。

Ｓ３６〜Ｓ３９は、車両減速時に行われるペダル反力調整処理である。

Ｓ３６では、コントローラ７は、ストローク速度を算出する。ストローク速度は、ペダルストロークを微分することによって算出することができる。

Ｓ３７では、コントローラ７は、ストローク速度とペダル反力の補正量との関係を規定したテーブル（図１１）を参照して、ペダル反力の補正量を算出する。ストローク速度が大きい場合は、減速時の慣性力によって足がより多く動いているので、ペダル反力の補正量はストローク速度が大きいほど大きくなるように算出される。

なお、ストローク速度がペダルストロークの微分値であり、ノイズが入る可能性があることから、所定値ｄＳ０よりも小さい場合はペダル反力の補正量が０になるようにし、ノイズの影響を除去する。また、ストローク速度が０よりも小さい場合は、足の動きは減速時の慣性力を受けたものではないので、この場合もペダル反力の補正量が０になるようにテーブルを設定する。

Ｓ３８では、コントローラ７は、Ｓ３７で算出したペダル反力の補正量に対して、足に作用する慣性力のストローク方向成分を上限とするリミッタ処理を施す。具体的には、第１及び第２実施形態と同様に、足の重量、車両の減速度及びペダル角に基づき足に作用する慣性力のペダルストローク方向成分を算出し、ペダル反力の補正量がこの値よりも大きい場合はペダル反力の補正量をこの値に制限する。

これは、足に作用する慣性力のペダルストローク方向成分に等しい量を超えてペダル反力を増大させてしまうと、過大なペダル反力が足に作用して運転者に違和感を与えてしまうからである。

このようにしてペダル反力の補正量を算出したら、コントローラ７は、当該補正量が得られるようにアクチュエータ４の出力を制御する（Ｓ３９）。

図１２は上記制御を行った場合のペダルストローク−加減速度指令の関係（Ｓ−Ｇ特性）及びペダルストローク−ペダル反力の関係（Ｓ−Ｆ特性）を示している。

減速領域では、ペダル２の操作方向が戻し方向から踏み込み方向に転じたタイミングでペダル反力が増大され、その増大量はストローク速度が大きい程大きい。また、増大量は足に作用する慣性力のペダルストローク方向成分以下に制限される。

このような特性としても、車両減速時に足に作用する慣性力によって足が動いた場合に、ペダル反力を増大させ、ペダルストロークが増大するのが抑制することができ、運転者の意図に反してペダル２が踏み込まれて減速度が小さくなってしまうのを抑制することができる。

特に、ストローク速度が大きく、足が大きく動いていると判断される場合は、ペダル反力の増大量が大きくなるようにしたので、何らかの原因で減速時の足の動きが大きくなるような場合（コーナリング時の減速で下肢が不安定等）であっても、上記作用効果を奏することができる。

また、ペダル反力の補正量を、車両減速時に足に作用する慣性力のペダルストローク方向成分以下に制限したので、過大な反力が作用して運転者に違和感を与えるのを防止することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、バネ部材３とアクチュエータ４又はブレーキ９とを並列に設けているが、ペダル反力を調整可能な構成であればよく、例えば、バネ部材３とアクチュエータ４とを直列に設けた構成、アクチュエータ４のみの構成であってもよい。

また、バネ部材３、アクチュエータ４及びブレーキ９の設置場所はペダル２と床面８との間に限定されず、リンク機構を利用して、他の場所に設けたり、力を発生する方向をペダル２の操作方向と異なるようにしたりしてもよい。

２ ペダル
４ アクチュエータ（ペダル反力調整機構）
７ コントローラ（ペダル反力制御手段）
９ ブレーキ（ペダル反力調整機構）

Claims (4)

1. 車両用走行制御装置であって、
   ペダルストロークに応じて車両を加速又は減速させ、ペダルストロークが前記車両を減速させるストローク範囲である減速領域にある場合はペダルストロークが小さくなるほど前記車両の減速度を大きくするペダルと、
   前記ペダルのペダル反力を調整するペダル反力調整機構と、
   ペダルストロークが前記減速領域にある場合、同一ペダルストロークでは、ペダル踏み込み方向に操作する場合のペダル反力がペダル戻し方向に操作する場合のペダル反力よりも大きくなるように、かつ、ペダルストロークが小さいときはペダルストロークが大きいときに比べ、ペダル踏み込み方向に操作する場合のペダル反力とペダル戻し方向に操作する場合のペダル反力との差が大きくなるように前記ペダル反力調整機構を制御するペダル反力制御手段と、
   を備えたことを特徴とする車両用走行制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用走行制御装置であって、
   前記ペダル反力制御手段は、ペダルストロークが前記減速領域にある場合、ペダルストロークが小さいほど、ペダル踏み込み方向に操作する場合のペダル反力とペダル戻し方向に操作する場合のペダル反力との差が大きくなるように前記ペダル反力調整機構を制御する、
   ことを特徴とする車両用走行制御装置。
3. 車両用走行制御装置であって、
   ペダルストロークに応じて車両を加速又は減速させ、ペダルストロークが前記車両を減速させるストローク範囲である減速領域にある場合はペダルストロークが小さくなるほど前記車両の減速度を大きくするペダルと、
   前記ペダルのペダル反力を調整するペダル反力調整機構と、
   ペダルストロークが前記減速領域にある場合、同一ペダルストロークでは、ペダル踏み込み方向に操作する場合のペダル反力がペダル戻し方向に操作する場合のペダル反力よりも大きくなるように前記ペダル反力調整機構を制御するペダル反力制御手段と、
   を備え、
   前記ペダル反力制御手段は、ペダルストロークが前記減速領域内にある場合、ペダル踏み込み方向のストローク速度が大きいほどペダル踏み込み方向に操作する場合のペダル反力が大きくなるように前記ペダル反力調整機構を制御する、
   ことを特徴とする車両用走行制御装置。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の車両用走行制御装置であって、
   前記ペダル反力制御手段は、ペダル踏み込み方向に操作した場合のペダル反力とペダル戻し方向に操作した場合のペダル反力との差が車両減速時に運転者の足に作用する慣性力のペダルストローク方向成分以下になるように前記ペダル反力調整機構を制御する、
   ことを特徴とする車両用走行制御装置。

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