JPH09249043A - 登降坂によるアクセル反力制御装置 - Google Patents
登降坂によるアクセル反力制御装置Info
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Abstract
動的に補正することにより、登降坂のスムーズな走行が
図れるアクセル反力制御装置を提供すること。 【解決手段】 アクセルペダル1の踏込反力を発生し、
かつその反力を可変に設定可能なリニア比例ソレノイド
13と、走行時車両に作用している走行負荷や登降坂状
況を検出する登降坂検出手段33と、この登降坂検出手
段33によって検出された走行負荷および登降坂状況に
応じて前記踏込反力発生手段の反力を制御するコントロ
ーラ31とを有する構成として、車両の負荷状態や登降
坂状況に対する情報を登降坂の傾斜角度に比例した重さ
のアクセル反力値(登りは軽く・下りで重く)としてフ
ィードバックする構成とした。
Description
操作機構に関し、特に、アクセルペダルの反力を制御す
る装置に関する。
動してその開閉制御を司るアクセルペダルの操作機構と
しては、例えば図10に示すようなものがある。アクセ
ルペダル101には、スロットルワイヤ103の一端側
が接続され、スロットルワイヤ103の他端は、アクセ
ルドラム105に接続されている。アクセルドラム10
5は、固定部107に対して回転可能であってリターン
スプリング109により図中で矢印A方向に常時付勢さ
れ、スロットルチャンバ111内のスロットルバルブに
連動してる。このような構成で、アクセルペダル101
を矢印B方向に踏み込むと、アクセルワイヤ103を介
してアクセルドラム105がリターンスプリング109
の付勢力に抗して矢印Aとは反対方向に回動し、スロッ
トルチャンバ111内のスロットルバルブを開方向に回
動される。従ってこの場合、アクセルペダル101を踏
み込むことによって発生する、いわゆる踏込反力は、ペ
ダル踏込量に応じて発生するリターンスプリング109
の弾性形量に比例して変化するものとなっている。ま
た、アクセルドラム105を楕円形として踏込反力を、
アクセルペダル101の踏込量に比例して変化しないよ
うに構成したものもある。
運転するに際し、車両に現在作用している走行負荷(エ
ンジン出力状態)や登降坂状況(登降坂の傾斜角度、登
降坂情報)がどの程度か、また、この負荷や状況を把握
することによってこのときのアクセル操作をある程度予
想することは、好適な登降坂走行を得られるために極め
て重要なものである。しかしながら、前記従来のアクセ
ルペダルの操作機構では、単にアクセルペダル101の
踏込量に応じた大きさの踏込反力が発生するに過ぎず、
従ってアクセルペダル101の踏込反力からでは、前述
した車両の走行負荷や走行状況に対するアクセル操作の
最適値を把握することができないため、登降坂において
は運転者が視覚的に判断しアクセル操作を行っている。
しかしこの場合、目の錯覚等で登り・下りを誤り、登り
では遅く、下りでは速くなり流れに乗ったスムーズな走
行ができないケースもあり、登降坂の登り・下りを運転
者が知覚してこれによりアクセル操作量を判断するとい
う、いわば間接的な判断方法によらざるを得ないという
問題点があった。
着目してなされたもので、運転者の登降坂におけるアク
セル操作量を自動的に補正することにより、速度変化を
小さくして、登降坂のスムーズな走行が図れるアクセル
反力制御装置を提供することを目的としている。
め、この発明は、アクセルペダルの踏込反力を発生し、
かつその反力を可変に設定可能な踏込反力発生手段と、
走行時車両に作用している走行負荷や登降坂状況を検出
する登降坂検出手段と、この登降坂検出手段によって検
出された走行負荷および登降坂状況に応じて前記踏込反
力発生手段の反力を制御する制御手段とを有する構成と
して、車両の負荷状態や登降坂状況に対する情報を登降
坂の傾斜角度に比例した重さのアクセル反力値(登りは
軽く・下りで重く)としてフィードバックする構成とし
た。
図面に基づいて説明する。まず、実施の形態1(請求項
1・2・3・4・6に相当)について説明する。この実
施の形態1のアクセルペダルの操作機構を図1に示す。
アクセルペダル1には、アクセルペダル1の踏み込みに
よって引張られるスロットルワイヤ3の一端側が接続さ
れ、スロットルワイヤ3の他端はアクセルドラム5に接
続されている。アクセルドラム5は、固定部7に対して
回転可能であって、リターンスプリング9によって、図
中で矢印A方向に常時付勢され、かつスロットルチャン
バ11内の図示しないスロットルバルブと連動してい
る。上記アクセルペダル1の裏側には、アクセルペダル
1を踏込んだ際にその反力を発生させる踏込反力発生手
段としてリニア比例ソレノイド13、およびアクセルペ
ダル1の最大踏込量を規制するストッパ15が設置され
ている。前記踏込反力発生手段としてのリニア比例ソレ
ノイド13は、図2に示されるように、ヨーク19・コ
イル17・リニアプランジャ23・ストッパ21で構成
されており、コントローラ31から出力される制御され
た直流電流が、コイル17に供給されることによって、
図中で右方向に移動するリニアプランジャ23がアクセ
ルペダル1に反力を伝える。なお、この実施の形態1で
は、踏込反力発生手段としてのリニア比例ソレノイド1
3は反力を増加させる方向にのみ動作するので、前記の
リータンスプリング9は、最小反力値を生ずる設定まで
弱くしてある。
バルブには、スロットル開度センサ27(アクセル開度
センサ)が接続され、このスロットル開度センサ27、
およびエンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ
29、さらに走行状況を検出する登降坂検出手段33と
してのCCDカメラ30が、例えばマイクロコンピュー
タから構成される制御手段としてのコントローラ31に
接続されている。登降坂検出手段33は、このスロット
ル開度センサ27とエンジン回転数センサ29とで、現
在車両が走行している部分の傾斜を検出し、かつ、CC
Dカメラ30でこれから進む先の傾斜を検出する構成と
なっている。
チャートであり、この処理はすべて図2のコントローラ
31の内部で行われている。この制御では、今いる地点
の傾斜ではなく何回か先(例えば4回)の制御タイミン
グの傾斜データを計測する。その様子を図7に示す。そ
して、この計測した地点の傾斜データの内容は図8のよ
うに蓄積しておき、今回の傾斜に相当する値(表1の4
回前のデータ)を制御に用いる。その処理の詳細をフロ
ーチャートに従って説明する。
4)のデータを表1に示す矢印方向にシフトし蓄積す
る。次にステップ102においてアクセルを踏んでいる
かを判断する。踏まれている場合はエンジン出力から現
在走行中の道路の傾斜を推定できるので、ステップ15
1に連続する下記の方法で計算しこれから走行する道路
の傾斜の初期値とする。計算方法は、まず、ステップ1
51において、アクセル開度とエンジン回転数と車速を
取り込み、ステップ152において、それらから変速機
のギア位置を出す。さらに、ステップ153でアクセル
開度とエンジン回転数からエンジン特性マップによって
出力トルクを算出し、ステップ154で変速比やタイヤ
径などから車両に加わっている印加駆動力を算出する。
一方、ステップ155では、前回の車速との変化幅から
車両加速度を求め、ステップ156で加速度に車両質量
Mをかけることで車両に加わっている実駆動力を求め
る。ステップ154で求めた印加駆動力とステップ15
6で求めた実駆動力との差が傾斜による駆動力の変化と
なるので、この差Fsを用いステップ157において、 S=tanθ θ=sin-1{Fs/(M・g)} の演算で傾斜Sを求める。なおθは傾斜角度、Mは車両
重量、gは重力加速度である。
新する。また車両重量Mの変化や車両の走行抵抗や空力
抵抗は無視し、その分の誤差影響は後述する不感帯αで
カットすることとする。また、ステップ102において
アクセルを踏んでいない場合は、4回前に測定した傾斜
Sn(4)をそのまま用いる。
カメラより画像情報を取り込む。画像情報は図9のよう
なこの瞬間の前方の静止画像となる。次に、ステップ1
04において、この画像情報より道路形状を示す特徴的
な部分、たとえば路側の白線、センターライン、側壁の
縁などを抽出する。ここでは路側の白線とし、図9では
太く薄い線で表わす。次に、ステップ105で、この曲
線が後の処理に使用できる有効な曲線であるか否かを判
断する。有効であればステップ106へ、また障害物が
あって曲線長さが不足とか、抽出がうまくできずに道路
の形状として極端に異常なものになった、などの場合
は、以下の処理が不可能となるので、とりあえず傾斜の
変化率Sdを0と設定する(ステップ131)。一方、
ステップ106へ来たら、この曲線上の何か所かのポイ
ントを選び、その座標値を求める。ポイントの数は後の
近似処理のために最低4か所は必要であり、多いほど精
度が高くなるので、精度と計算時問の兼ね合いで決め
る。ここでは図9で黒丸を付けた7か所とする。座標値
は、図9に細い点線で示したように画像に縦横の座標を
設定し、この値で決める。横方向をX値、縦方向をY値
として、(Xi、Yi)で表わすことにする(iは遠い
方から何番目の点かを表わす添え字である)。ステップ
107では、この点の座標値群から道路の曲線を3次関
数で近似する。
求めることである。これは下記の式1に示す行列計算に
よって求められる。
の個数(ここでは7)を表わす。
められた係数を、画像の座標系→車両を中心とした座標
系→道路の座標系と変換し、道路の関数からL(m)先
でH(m)上昇するという情報を抜き出す。ここからH
/Lを計算することで傾斜Sdが求められる。この値は
車両の向きがベースとなった傾斜となるので、その瞬間
での道路傾斜の変化率となる。なお、ここで用いるLは
車速に応じて変化させ、車速をVsとして L=Vs・Ts・4 (Ts:次の画像取り込みをするまでの時間・制御周
期)と設定する。このことで、4回先に画像を取り込む
時点、つまり4回先の制御タイミング時点での道路の傾
斜Sn(0)を今回計算することになる。
8か131で求められた傾斜の変化率Sdと、アクセル
を踏んでいるときに求めた傾斜、または4回前の計算で
求められた傾斜Sn(4)を用いて、現在の傾斜Sn
(0)を求める。求め方は、 Sn(0)=Sn(4)+Sd となる。ここで求めた現在の傾斜Sn(0)を図8に示
す4回先の制御タイミング時点での道路の傾斜Sn
(0)に取り込み蓄積する。なお傾斜Sn(i)は、上
りを+、下りを−として計算するように設定しておく。
斜の変化△Sn(i)を △Sn(i)=Sn(4)−Sn(5)・・・Sn
(0)−Sn(5) で計算する。さらにその値としきい値±αとを比較し判
断フラグを立てる。判断フラグは、しきい値内であれば
0、それ以外であれば+または−と設定する。このしき
い値±αは、ペダルの重さが急激に変化する傾斜の範囲
と誤差を考慮して決める。次に、ステップ111では、
今回の制御タイミングの判断フラグが0か否かを判断す
る。判断フラグが0だったら、113で今回の傾斜Sn
(4)を用い、リニア比例ソレノイドを駆動する電流I
cを Ic=Im−Sn(4)×K で計算する。ここでImは電流中間値で、平坦路でのペ
ダル反力を生じる電流値Kは制御ゲインで、エンジン特
性・車両諸元などを考慮して決められる。また、判断フ
ラグが0でなかったら、まず、ステップ112でその判
断フラグが所定回数以上続くか否かを判断する。ここで
は所定回数を3回としている。その判断フラグが3回以
上続いたら、やはり今回の傾斜Sn(4)を用いてステ
ップ113で電流を計算する。一方その判断フラグが3
回以上続かなかったら、ステップ132でリニア比例ソ
レノイド13を駆動する電流を前回の値と同一に設定す
る。以上の3通りで計算された電流を、ステップ114
においてリニア比例ソレノイド13に出力しアクセル反
力を制御する。以上で1サイクルの制御が終了する。こ
のサイクルを適当な制御演算周期Tsで繰り返すこと
で、車両走行中の動作を行う。
いて説明する。平坦路またはわずかな登り下り坂がある
ような場合は、スロットル開度センサ27とエンジン回
転数センサ29から現在の車両が走行している部分の傾
斜を検出し、かつCCDカメラ30でこれから進む先の
傾斜を検出すると、判断フラグはずっと0となる。この
ときコントローラ31は、リニア比例ソレノイド13へ
印加する電流を傾斜(=ほぼ0)に対応するように制御
するが、この電流値はほぼ中間値となる。これによりア
クセル反力はほとんど増減せず、普通のアクセル操作と
一緒となる。
フラグは+となり、かつ3回以上続く。このときコント
ローラ31は、リニア比例ソレノイド13へ印加する電
流を傾斜に応じて減らすように制御する。これにより、
アクセル反力は、軽くなるので、同じ踏力でアクセルペ
ダル1を踏んでいても踏込量は自然に増加し、登り坂で
の負荷増加に応じたエンジン出力が得られ、速度低下を
生じない。同様に大きな長い下りが始まる場合は、アク
セルが重くなる。
は0のままとなる。このときコントローラ31は、今出
しているリニア比例ソレノイド13へ印加する電流を傾
斜に対応するように増やす方向で制御し続ける。これに
よりアクセル反力は、重いままであり、速度の増加を生
じない。同様に登り坂を走行中の場合はアクセルが軽い
ままである。
合は、短い平坦路または下り坂なので、判断フラグは今
回は−となるが3回以上続かずに、また0となる。した
がってこのときコントローラ31は、今出しているリニ
ア比例ソレノイド13への電流値を継続して出力する。
これによりアクセル反力は、軽いままとなる。このよう
な登り坂途中に短い平坦路や下り坂がある場合は、その
都度アクセルの重さが変化すると逆に車速の変化を生じ
運転者に違和感をあたえる可能性がある。そこで上記の
ように制御・判断することでアクセル反力の頻繁な変化
をおさえ、速度変化を生じないようにしている。同様に
下り坂途中の平坦路や登り坂の場合はアクセルが重いま
まである。
がある場合は、判断フラグは−となり、かつ3回以上続
くため、リニア比例ソレノイド13への電流を新しい傾
斜に対応して出力し、これによりアクセル反力は、素早
く軽い側から通常の重さ又は重い側に切り換えられる。
したがって下りになった直後にアクセルが軽くて急加速
してしまうなどの不具合を生じない。同様に下り坂を下
り切って平垣路や長い登り坂の場合はアクセルが重い側
から通常の重さ又は軽い側へ切換えられる。
の形態1のアクセル反力制御装置については、車両の走
行負荷や登降坂状況より検出した情報に基づき制御され
たアクセル反力値により登り坂ではペダル1が軽くなる
ので、同じ踏力でペダル1を踏んでいても踏込量は自然
に増加し、登り坂での負荷増加に応じたエンジン出力が
得られ、速度低下を生じない。同様に下り坂では、ペダ
ル1が重くなってエンジン出力が減り、速度の増加を招
かないので、運転者の登降坂におけるアクセル操作量が
自動的に補正され、速度変化が小さくなるため、登降坂
の流れに乗ったスムーズな走行が図れる。
3・5・7に相当)について説明する。この実施の形態
2のアクセルペダルの操作機構を図3に示す。この実施
の形態2は、実施の形態1とは、踏込反力発生手段をリ
ニアモータ13aとし登降坂検出手段33をナビゲーシ
ョンシステム28にしたことが大きく異なる。踏込反力
発生手段としてのリニアモータ13aは、図4に示され
るように、ヨーク19・コイル17・ロッド23・スプ
リング20で構成されている。コントローラ31は、リ
ニアモータ13a内部のコイル17に直流電流を印加す
ると推力を発生する。また、反対の直流電流を印加すれ
ば、逆向きの推力を発生させるもできる。従って、この
直流電流を制御することで押し・引き方向の推力をアク
セルペダル1に作用させることができるため、前記のリ
ターンスプリング9は、通常と同一の設定でよい。登降
坂検出手段33は、ナビゲーションシステム28で、現
在、およびこれから進む先の傾斜を検出する構成となっ
ている。なお、この実施の形態2ではナビゲーションシ
ステム28とリニアモータ13a、前の実施の形態1で
はCCDカメラ30とリニア比例ソレノイド13を用い
た構成としたが、ナビゲーションシステム28とリニア
比例ソレノイド13、CCDカメラ30とリニアモータ
13aの組み合せも可能である。
いて説明する。図6では、まずステップ201では傾斜
Sn(0〜4)のデータを図8に示す矢印方向にシフト
し蓄積する。次に、ステップ202においてGPSなど
からの位置情報を取り込めるかを判断する。もし取り込
めない場合は、ステップ300において道路傾斜を前回
サンプルした値Sn(1)をそのままSn(0)に設定
する。ステップ203で取り込めた場合は、ステップ2
04でナビゲーションの地図と照合し、4回先の制御タ
イミングの傾斜のデータを読み出し、ステップ205で
傾斜Sn(0)データとして蓄積をする。次に、ステッ
プ206では、前回からの傾斜の変化△Sn(i)を △Sn(i)=Sn(4)−Sn(5)・・・Sn
(0)−Sn(5) で計算し、さらにその値としきい値±αとを比較し判断
フラグを立てる。判断フラグはしきい値内であれば0、
それ以外であれば+または−と設定する。このしきい値
±αは、アクセルペダル1の重さが急激に変化する傾斜
の範囲と誤差を考慮して決める。次に、ステップ207
では、今回の制御タイミングの判断フラグが0か否かを
判断する。判断フラグが0だったら、ステップ209で
今回の傾斜Sn(4)を用い、リニアモータ13aを駆
動する電流Icを Ic=Sn(4)×K で計算する。Kは制御ゲインで、エンジン特性・車両諸
元などを考慮して決められる。以降の説明・動作は、第
1実施の形態と同様なので省略する。
の形態2のアクセル反力制御装置については、実施の形
態1の効果に加え次の効果がある。まず踏込反力発生手
段をリニアモータ13aとしたことで、リターンスプリ
ング9が通常と同じものとなり、制御しない状態におい
て電流を0にできるとともに、故障した場合も平坦路と
同じフィーリングになるだけで済むというメリットがあ
る。さらに登降坂検出手段33をナビゲーションシステ
ム28としたことで、これ1台で現在の傾斜も先の傾斜
も検知することができ、システムのハードウェアにかか
る費用が大幅に下がり、さらに近似計算・座標変換など
の複雑な計算を必要としないため、ソフトウェアとして
も簡素となり開発費削減・演算時間の短縮などが図れ
る。
述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られ
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲におけ
る設計の変更等があっても、本発明に含まれる。
り坂ではアクセルペダルが軽くなるので、同じ踏力でア
クセルペダルを踏んでいても踏込量は自然に増加し、登
り坂での負荷増加に応じたエンジン出力が得られ、速度
低下を生じない。同様に下り坂では、アクセルペダルが
重くなってエンジン出力が減り、速度の増加を招かない
ので、運転者の登降坂におけるアクセル操作量が自動的
に補正され、速度変化が小さくなるため、登降坂のスム
ーズな走行が図れる。
る。
る。
点の例である。
Claims (7)
- 【請求項1】 アクセルペダルの踏込反力を発生しかつ
その反力を可変に設定可変な踏込反力発生手段と、走行
時車両に作用している走行負荷および登降坂状況を検出
する登降坂検出手段と、この登降坂検出手段によって検
出された走行負荷および登降坂状況に応じて前記踏込反
力発生手段の反力を制御する制御手段と、からなる登降
坂によるアクセル反力制御装置。 - 【請求項2】 前記踏込反力発生手段は、登り坂の傾斜
のときは、その傾斜に応じてアクセル反力を軽く、下り
坂の傾斜のときは、その傾斜に応じてアクセル反力を重
くすることを特徴とする請求項1記載の登降坂によるア
クセル反力制御装置。 - 【請求項3】 前記傾斜は、現在の傾斜に対して、しき
い値±αをあらかじめ定めてこれを超える傾斜がある回
数以上続かない場合は現在の傾斜の制御を継続し、傾斜
がある回数以上継続するときに制御を新しいのものに切
換えることを特徴とする請求項2記載の登降坂によるア
クセル反力制御装置。 - 【請求項4】 前記登降坂検出手段は、アクセル開度セ
ンサとエンジン回転数センサとCCDカメラであること
を特徴とする請求項1ないし3記載の登降坂によるアク
セル反力制御装置。 - 【請求項5】 前記登降坂検出手段は、ナビゲーション
システムであることを特徴とする請求項1ないし4記載
の登降坂によるアクセル反力制御装置。 - 【請求項6】 前記踏込反力発生手段は、リニア比例ソ
レノイドであることを特徴とする請求項1ないし5記載
の登降坂によるアクセル反力制御装置。 - 【請求項7】 前記踏込反力発生手段は、リニアモータ
であることを特徴とする請求項1ないし5記載の登降坂
によるアクセル反力制御装置。
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