УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ УСИЛИЕМ НА ПЕДАЛИ АКСЕЛЕРАТОРА
ACCELERATOR PEDAL FORCE CONTROL DEVICE

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству управления усилием на педали акселератора, которое управляет силой реакции педали (усилием нажатия педали) у педали акселератора транспортного средства.
Уровень техники
В последние годы, чтобы повысить топливную экономичность транспортного средства, предложена методика, с помощью которой, например, когда водитель нажимает педаль акселератора больше необходимого, особое повышение усилия нажатия педали намеренно добавляется к базовой силе реакции педали (базовому усилию нажатия педали) у педали акселератора, чтобы создать подходящее ощущение препятствия для водителя, который воздействует на педаль акселератора, и направить водителя в рабочую область, которая имеет хорошую топливную экономичность. Например, Патентный Документ 1 раскрывает методику вычисления оптимальной величины работы (оптимальной величины нажатия) педали акселератора на основе условия движения транспортного средства, когда оптимальная величина добивается оптимальной скорости расхода топлива; и корректировки вычисленной оптимальной величины работы в зависимости от вида предыдущей дороги, по которой должно пройти транспортное средство; и увеличения силы реакции педали (усилия нажатия педали) у педали акселератора ступенчато в окрестности скорректированной оптимальной величины работы, когда водитель нажимает педаль акселератора. В патентном документе 1 оптимальная величина работы корректируется до меньшего значения, когда предыдущая дорога, по которой должно пройти транспортное средство, является спуском или извилистой дорогой.
Патентный документ
Патентный Документ 1: JP 2007-076468 A
Сущность изобретения
Задача (задачи), решаемая изобретением
Существует механизм для задания базового усилия нажатия педали для педали акселератора, когда механизм структурно содержит характерную особенность того, что базовое усилие нажатия педали не полностью пропорционально величине работы педали акселератора и увеличивается со скоростью увеличения относительно увеличения открытия акселератора, когда скорость увеличения увеличивается или уменьшается с увеличением открытия акселератора. В случаях, где применяется такой механизм, обнаружена следующая проблема в ситуациях, в которых после того, как увеличивается усилие нажатия педали путем добавления заранее установленного повышения к базовому усилию нажатия педали, чтобы создать подходящее ощущение препятствия у водителя, водитель еще больше нажимает на педаль акселератора.
А именно, характерная особенность, что скорость увеличения базового усилия нажатия педали уменьшается, может заставить водителя почувствовать, как будто суммарное усилие нажатия педали ([базовое усилие нажатия педали] + [повышение усилия нажатия педали]) уменьшается, когда нажимается педаль акселератора, и в силу этого не может продолжать обеспечивать подходящее ощущение препятствия для водителя. Например, это может побудить водителя чрезмерно нажать на педаль акселератора даже при условии плохой топливной экономичности. Наоборот, характерная особенность того, что увеличивается скорость увеличения базового усилия нажатия педали, может заставить водителя почувствовать, как будто усилие нажатия педали становится чрезмерно большим, что не является предпочтительным. Таким образом, такое устройство управления усилием нажатия педали обладает основной характеристикой того, что усилие на педали акселератора быстро увеличивается во время действия водителя для ускорения. Соответственно, например, в ситуациях, в которых необходимая движущая сила для ускорения транспортного средства относительно большая, транспортное средство скорее всего нельзя ускорить так, как запланировано водителем, что не доставляет удовольствия водителю. Также существует вероятность, что водитель неверно распознает, что транспортное средство не эффективно в выполнении ускорения.
Средство для решения задачи (задач)
В связи с вышеупомянутым, даже в случаях, когда конструкция обладает характерной особенностью того, что базовое усилие нажатия педали не полностью пропорционально величине работы педали акселератора и увеличивается со скоростью увеличения относительно увеличения открытия акселератора, когда скорость увеличения увеличивается или уменьшается с увеличением открытия акселератора, настоящее изобретение служит для предоставления подходящего повышения усилия нажатия педали, и посредством этого предоставления водителю информации, относящейся к топливной экономичности, и обеспечения наиболее эффективного использования рабочей области, в которой имеется хорошая топливная экономичность.
В частности, в соответствии с настоящим изобретением устройство управления усилием на педали акселератора содержит: средство задания базового усилия нажатия педали, которое задает базовое усилие нажатия педали у педали акселератора транспортного средства таким образом, что базовое усилие нажатия педали увеличивается с увеличением открытия акселератора, причем открытие акселератора изменяется под действием педали акселератора; секцию определения открытия акселератора (средство определения открытия акселератора), которая определяет открытие акселератора; и секцию увеличения усилия нажатия педали (средство увеличения усилия нажатия педали), которая задает усилие нажатия педали путем добавления повышения к базовому усилию нажатия педали; при этом секция увеличения усилия нажатия педали изменяет повышение в соответствии с открытием акселератора таким образом, чтобы заставить усилие нажатия педали достичь такой характеристики, что усилие нажатия педали увеличивается с постоянной скоростью относительно увеличения открытия акселератора.
Например, в случаях, когда механизм для задания базового усилия нажатия педали обладает характерной особенностью, что базовое усилие нажатия педали увеличивается со скоростью увеличения относительно увеличения открытия акселератора, где скорость увеличения уменьшается с увеличением открытия акселератора, повышение усилия нажатия педали можно задать таким образом, что повышение увеличивается с увеличением открытия акселератора. Наоборот, в случаях, когда механизм для задания базового усилия нажатия педали обладает характерной особенностью, что базовое усилие нажатия педали увеличивается со скоростью увеличения относительно увеличения открытия акселератора, где скорость увеличения увеличивается с увеличением открытия акселератора, повышение усилия нажатия педали можно задать таким образом, что повышение уменьшается с увеличением открытия акселератора.
Как правило, устройство управления усилием на педали акселератора дополнительно содержит: секцию задания порогового значения открытия (средство задания порогового значения открытия), которая задает пороговое значение открытия на основе состояния работы транспортного средства, где пороговое значение открытия относится к топливной экономичности; и секцию оценивания (средство оценивания), которая оценивает, больше ли порогового значения открытия открытие акселератора; причем секция увеличения усилия нажатия педали выполняет добавление повышения в ответ на состояние, когда секция оценивания оценила, что открытие акселератора больше порогового значения открытия.
Результат(ы) изобретения
Даже в случаях, когда конструкция обладает характерной особенностью того, что базовое усилие нажатия педали не пропорционально величине работы педали акселератора, настоящее изобретение служит, чтобы заставить скорость увеличения суммарного усилия нажатия педали достичь постоянного значения путем изменения повышения усилия нажатия педали с увеличением открытия акселератора, и посредством этого обеспечить подходящее повышение усилия нажатия педали, даже когда водитель еще больше нажимает на педаль акселератора после увеличения усилия нажатия педали, и посредством этого предоставить водителю точную информацию, относящуюся к топливной экономичности, и обеспечить наиболее эффективное использование рабочей области, в которой имеется хорошая топливная экономичность.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схема, схематически показывающая конфигурацию системы в устройстве управления усилием на педали акселератора в соответствии с настоящим изобретением, схематически показывающая при этом механизм изменения усилия нажатия педали;
Фиг.2 - схема, схематически показывающая механизм изменения усилия нажатия педали;
Фиг.3 - схема, схематически показывающая механизм в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, в котором базовое усилие нажатия педали у педали акселератора имеет выпуклую вверх характеристику;
Фиг.4 - схема, показывающая характеристики базового усилия нажатия педали в первом варианте осуществления;
Фиг.5 - схема, показывающая то, как увеличивается базовое усилие нажатия педали в соответствии с первым вариантом осуществления, причем фиг.5A является характеристической диаграммой, а фиг.5B является временной диаграммой;
Фиг.6 - схема, схематически показывающая механизм в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, в котором базовое усилие нажатия педали у педали акселератора имеет выпуклую вниз характеристику;
Фиг.7 - схема, показывающая характеристики базового усилия нажатия педали во втором варианте осуществления; и
Фиг.8 - схема, показывающая то, как увеличивается базовое усилие нажатия педали в соответствии со вторым вариантом осуществления, причем фиг.8A является характеристической диаграммой, а фиг.8B является временной диаграммой.
Способ (способы) осуществления изобретения
Далее подробно описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи. Фиг.1 и 2 схематически показывают пример конфигурации всего устройства. Механизмы для задания базового усилия нажатия педали в соответствии с первым и вторым вариантами осуществления описываются ниже со ссылкой на фиг.3 и 6.
В основном это устройство управления усилием на педали акселератора управляет переменным усилием нажатия педали (силой реакции педали) у педали 2 акселератора, которая крепится к кузову 1 не показанного транспортного средства. Как описано ниже, устройство управления усилием на педали акселератора снабжается средством для определения измерения открытия (величины нажатия) педали 2 акселератора, причем это средство устанавливается на транспортном средстве, и средством для изменения усилия нажатия педали у педали 2 акселератора относительно базового усилия нажатия педали. Устройство управления усилием на педали акселератора задает усилие нажатия педали у педали 2 акселератора путем добавления повышения к базовому усилию нажатия педали в области, причем открытие педали 2 акселератора больше заранее установленного порогового значения открытия акселератора.
Как показано на фиг.1 и 2, педаль 2 акселератора крепится к вращающемуся валу 3 и конфигурируется для колебания около вращающегося вала 3 в качестве центра вращения. К педали 2 акселератора прикладывается сила реакции с помощью возвратной пружины 4 любого типа в направлении закрытия акселератора, причем возвратная пружина 4 одним концом закрепляется к кузову 1 транспортного средства, а другим концом - к вращающемуся валу 3. Один конец вращающегося вала 3 поддерживается кузовом 1 транспортного средства с возможностью вращения через подшипник 5, тогда как датчик 6 положения акселератора в качестве примера секции определения открытия акселератора (средства определения открытия акселератора) предоставляется рядом с другим концом вращающегося вала 3.
В этом варианте осуществления величина нажатия педали 2 акселератора (открытия акселератора) и открытие не показанной дроссельной заслонки не показанного двигателя внутреннего сгорания ассоциируются друг с другом таким образом, что открытие дроссельной заслонки двигателя внутреннего сгорания увеличивается в соответствии с величиной нажатия педали 2 акселератора. А именно, количество впрыска топлива (и, соответственно, количество расхода топлива) увеличивается в соответствии с открытием акселератора.
Механизм изменения усилия нажатия педали включает в себя регулируемый фрикционный диск 7, который включает в себя пару трущихся деталей 7a, 7b, которые расположены напротив друг друга и прикладывают силу трения против вращения вращающегося вала 3. Одна трущаяся деталь 7a механически соединяется с одним концом вращающегося вала 3, тогда как другая трущаяся деталь 7b поддерживается неподвижным валом 8 через шлиц или т.п., где не допускается никакое осевое перемещение и никакое вращение трущейся детали 7b относительно неподвижного вала 8. Неподвижный вал 8 крепится к кузову 1 транспортного средства и поддерживается им. Привод 9 (например, электромагнитный соленоид) крепится к кузову 1 транспортного средства и поджимает трущуюся деталь 7b к трущейся детали 7a.
Регулируемый фрикционный диск 7 перемещает трущуюся деталь 7b в осевом направлении (в направлении стрелки А1 на фиг.1) путем приведения ее в движение приводом 9 и посредством этого управляет переменной силой трения между трущейся деталью 7a и трущейся деталью 7b. Работа привода 9 управляется блоком 10 управления. Управление работой привода 9 с помощью блока 10 управления позволяет изменять силу трения, приложенную к вращающемуся валу 3, и посредством этого изменять усилие нажатия педали у педали 2 акселератора, когда нажимается педаль 2 акселератора.
Блок 10 управления принимает ввод сигналов от различных датчиков, которые включают в себя датчик 6 положения акселератора для определения открытия педали 2 акселератора, датчик 11 ускорения для определения крутизны дороги на основе наклона транспортного средства, датчик 12 атмосферного давления для измерения атмосферного давления в окружении, датчик 13 температуры всасываемого воздуха для измерения температуры всасываемого воздуха, датчик 14 скорости транспортного средства для измерения скорости транспортного средства, датчик 15 посадки, установленный на не показанном сиденье транспортного средства для обнаружения, находится ли пассажир в транспортном средстве, и датчик 16 положения передачи для измерения передаточного числа трансмиссии. Кроме того, блок 10 управления принимает ввод информации от автомобильной навигационной системы 17, которая может получать текущее положение транспортного средства и картографическую информацию об окрестности текущего положения транспортного средства, и принимает ввод сигнала от лазерного радара 18, который измеряет расстояние между транспортными средствами между главным транспортным средством и впереди идущим транспортным средством.
Трансмиссия может быть бесступенчато регулируемой трансмиссией, которая непрерывно изменяет передаточное число, или может быть автоматической трансмиссией на основе сочетания вспомогательного механизма ступенчатого переключения скоростей и гидротрансформатора, или может быть механической трансмиссией. В случаях бесступенчато регулируемой трансмиссии передаточное число можно получить в виде отношения частоты вращения между стороной входного вала и стороной выходного вала.
Фиг.3 схематически показывает механизм для задания базового усилия нажатия педали (секция задания базового усилия нажатия педали) в соответствии с первым вариантом осуществления, где базовое усилие нажатия педали обладает такой характеристикой, что скорость увеличения базового усилия нажатия педали уменьшается с увеличением открытия акселератора. Фиг.3А показывает ситуацию, где ход педали небольшой, тогда как фиг.3В показывает ситуацию, где ход педали большой. Этот механизм имеет такую конструкцию, что площадка 21 и пружина 22 связаны первой тягой 23 и второй тягой 24, причем площадка 21 принадлежит к педали 2 акселератора (см. фиг.2) и колеблется около центра 21A вращения, а пружина 22 прикладывает к площадке 21 силу реакции пружины, эквивалентную базовому усилию нажатия педали. Первая тяга 23 одним концом связана с площадкой 21, а другим концом связана со второй тягой 24. Первая тяга 23 и площадка 21 связаны друг с другом для колебания относительно друг друга, тогда как первая тяга 23 и вторая тяга 24 связаны друг с другом для колебания относительно друг друга. Вторая тяга 24 крепится к стороне кузова транспортного средства для вращения вокруг центра 24A вращения. Вторая тяга 24 связана с первой тягой 23 на вершине первого рычага 24B, который проходит в одном направлении от центра 24A вращения, тогда как вторая тяга 24 соединяется с пружиной 22 на вершине второго рычага 24C, который проходит в другом направлении от центра 24A вращения.
В соответствии с описанной выше конфигурацией, когда водитель нажимает на площадку 21 с определенной действующей силой F1 (F1'), первая тяга 23 сжимает вторую тягу 24 с составляющей силой F2 в продольном направлении первой тяги 23, и составляющая сила F2 действует в виде составляющей силы F3A в направлении, перпендикулярном первому рычагу второй тяги 24, причем составляющая сила F3A действует на вторую тягу 24 в направлении вращения. Крутящий момент, происходящий от составляющей силы F3A ([длина первого рычага 24B] × F3A), приводится в равновесие с крутящим моментом, происходящим от усилия F3 пружины у пружины 22 ([длина второго рычага 24C] × [составляющая F3, перпендикулярная второму рычагу 24C]).
Угол α1 между F1 и F2 и угол α2 между F2 и F3A меняются в соответствии с величиной работы или величиной нажатия педали акселератора водителем (также называемой ходом педали или открытием акселератора), то есть в соответствии с углом наклона педали 2 акселератора, чтобы необходимая действующая сила F1 водителя менялась в равновесии с такой же силой F3 реакции пружины 22. Между прочим, для облегчения понимания нижеследующее объяснение основывается на допущении, что сила F3 реакции пружины постоянна независимо от величины работы педали акселератора, хотя сила F3 реакции пружины фактически увеличивается с увеличением усилия нажатия педали.
В первом варианте осуществления, когда увеличивается ход педали у площадки 21, угол α1' и угол α2' становятся меньше (α1'<α1, α2'<α2), так что отношения составляющей силы F2' и составляющей силы F3A' к действующей силе F1' становятся больше, и посредством этого необходимая составляющая сила F3A' в равновесии с усилием пружины в конечном счете становится меньше относительно действующей силы F1'. Соответственно, необходимая действующая сила F1' становится меньше в равновесии с силой F3 реакции пружины 22 (F1>F1'). В результате, как показано на фиг.4, базовое усилие нажатия педали не увеличивается полностью по мере увеличения хода педали у педали акселератора (открытия акселератора), а увеличивается с увеличением открытия акселератора с характерной особенностью, что скорость увеличения усилия нажатия педали уменьшается с увеличением открытия акселератора, то есть так называемая выпуклая вверх характеристика. Фиг.4 схематически показывает характерную особенность усилия на педали акселератора, что основное усилие нажатия педали или базовое усилие нажатия педали увеличивается в соответствии с открытием акселератора с подходящим гистерезисом между направлением увеличения открытия акселератора и направлением уменьшения открытия акселератора.
Как показано на фиг.5, когда открытие акселератора превышает заранее установленное пороговое значение SL открытия акселератора во время работы в направлении увеличения открытия акселератора, а именно во время нажатия, тогда усилие на педали акселератора задается путем добавления ступенчатого повышения к базовому усилию нажатия педали. Ступенчатое увеличение усилия на педали акселератора служит для обеспечения подходящего ощущения препятствия у водителя и естественного сдерживания дальнейшего нажатия педали 2 акселератора водителем, и одновременно для надежного информирования водителя о переходе из рабочего состояния, когда скорость расхода топлива низкая (хорошая топливная экономичность), в рабочее состояние, когда скорость расхода топлива высокая (плохая топливная экономичность). Например, увеличение усилия нажатия педали у педали 2 акселератора во время увеличения открытия акселератора можно немедленно отменить, когда направление действия педали 2 акселератора меняется на направление для уменьшения открытия акселератора, или можно отменить, когда открытие акселератора снижается до меньше либо равного заранее установленному открытию.
В настоящем варианте осуществления, где механизм, имеющий выпуклую вверх характеристику базового усилия нажатия педали, применяется для задания усилия нажатия педали путем добавления увеличения к базовому усилию нажатия педали, усилие нажатия педали не задается путем добавления плоского повышения ΔF0, как показано на пунктирной линии H1 на фиг.5, а задается путем добавления повышения, которое увеличивается с увеличением открытия акселератора, так что суммарное усилие нажатия педали после добавления повышения ([базовое усилие нажатия педали] + [повышение усилия нажатия педали]) достигает характеристики увеличения с постоянной скоростью увеличения относительно увеличения открытия акселератора. А именно, как показано на фиг.5, по отношению к плоскому повышению ΔF0 добавляется повышение ΔF1, которое увеличивается по мере открытия акселератора.
Например, в ситуации, когда водитель еще больше нажал на педаль акселератора после того, как увеличивается усилие нажатия педали к водителю, описанная выше характерная особенность служит для подавления ощущения у водителя, как будто утрачивается ощущение препятствия из-за уменьшения скорости увеличения усилия нажатия педали, и продолжения передачи подходящего постоянного ощущения препятствия, и посредством этого предотвращения излишнего дальнейшего нажатия на педаль акселератора водителем при ощущении, как будто ощущение препятствия утрачивается, и неблагоприятного воздействия на топливную экономичность.
Между прочим, как показано на фиг.5B, механизм в соответствии с этим вариантом осуществления обладает характерной особенностью, что скорость увеличения базового усилия нажатия педали начинает увеличиваться при относительно большом открытии акселератора. Соответственно, когда открытие акселератора достигает определенного значения SL1, которое больше порогового значения SL открытия акселератора, повышение усилия нажатия педали начинает увеличиваться с увеличением открытия акселератора. Однако вариант осуществления этим не ограничивается и может конфигурироваться так, чтобы непосредственно после превышения порогового значения SL открытия акселератора можно было увеличить скорость увеличения у повышения усилия нажатия педали.
Фиг.6 схематически показывает механизм для задания базового усилия нажатия педали (секция задания базового усилия нажатия педали) в соответствии со вторым вариантом осуществления, где базовое усилие нажатия педали обладает такой характеристикой, что скорость увеличения базового усилия нажатия педали увеличивается с увеличением открытия акселератора. Фиг.6А показывает ситуацию, где ход педали небольшой, тогда как фиг.6В показывает ситуацию, где ход педали большой. Этот механизм включает в себя площадку 31 педали 2 акселератора, тягу 33 и пружину 34, причем площадка 31 колеблется около центра 31A вращения, где тяга 33 связывает площадку 31 и шкив 32 и где пружина 34 смещает шкив 32 в определенном направлении (противоположно направлению X часовой стрелки на фиг.6). Базовое усилие F4 нажатия педали обеспечивается усилием F5 пружины от пружины 34. Площадка 31 и тяга 33 соединяются таким образом, что площадка 31 и тяга 33 не колеблются относительно друг друга.
В описанной выше конфигурации, когда водитель нажимает на педаль 2 акселератора с определенной действующей силой F4, составляющая сила в касательном направлении к шкиву 32 действует как сила F5 (F5<F4), которая вращает шкив 32 в определенном направлении X посредством тяги 33, причем сила F5 находится в равновесии с усилием пружины 34.
Угол β между направлением нажатия педали 2 акселератора и касательным направлением шкива 32 меняется в соответствии с величиной нажатия (ходом педали), а именно углом наклона педали 2 акселератора, так что меняется действующая сила F4 водителя, необходимая для достижения равновесия с силой F5 реакции пружины 34, то есть с базовым усилием нажатия педали. Во втором варианте осуществления, когда ход педали у площадки 21 увеличивается, угол β увеличивается до угла β', так что увеличивается базовое усилие F4' нажатия (F4<F4'), необходимое для достижения равновесия с такой же силой F5 реакции пружины 34. В результате, как показано на фиг.7, когда ход педали у педали акселератора (открытие акселератора) увеличивается, скорость увеличения усилия нажатия педали увеличивается, демонстрируя так называемую выпуклую вниз характеристику.
В описанном выше случае, когда механизм, имеющий выпуклую вниз характеристику базового усилия нажатия педали, применяется для задания усилия нажатия педали путем добавления повышения к базовому усилию нажатия педали, усилие нажатия педали задается путем добавления повышения, которое уменьшается с увеличением открытия акселератора, так что суммарное усилие нажатия педали после добавления повышения ([базовое усилие нажатия педали] + [повышение усилия нажатия педали]) достигает характеристики увеличения с постоянной скоростью увеличения относительно увеличения открытия акселератора. А именно, как показано на фиг.8, по отношению к плоскому повышению ΔF0 добавляется уменьшение ΔF2, которое уменьшается по мере открытия акселератора.
Описанная выше характерная особенность служит, чтобы предотвратить ощущение водителя, как будто усилие нажатия педали чрезмерно увеличивается, и разрешить усилию нажатия педали увеличиваться с постоянной скоростью с увеличением открытия акселератора, и посредством этого позволить водителю почувствовать подходящее ощущение препятствия и легко нажать на педаль еще больше, и добиться ускорения, которое запланировано водителем.
В описанных выше вариантах осуществления усилие нажатия педали управляется для того, чтобы быть постоянным после увеличения усилия нажатия педали у педали акселератора. Однако, если применяется механизм, имеющий выпуклую вверх характеристику, как показано на фиг.3, то усилие нажатия педали может увеличиваться на заранее установленное повышение ΔP, так что усилие нажатия педали увеличивается с постоянной скоростью относительно увеличения открытия акселератора, как показано штрихпунктирной линией P на фиг.5, даже перед добавлением повышения усилия нажатия педали, то есть даже в ситуациях, когда повышение усилия нажатия педали еще не добавляется. В таких случаях, например, если водителя можно заставить почувствовать, как будто усилие нажатия педали уменьшается в соответствии с нажатием на педаль акселератора, и излишне нажать на педаль акселератора еще больше, то усилие нажатия педали можно соответствующим образом увеличить, чтобы препятствовать дальнейшему нажатию на педаль акселератора водителем. Устройство управления усилием на педали акселератора в соответствии с настоящим изобретением не ограничивается только транспортным средством, оборудованным двигателем внутреннего сгорания в качестве единственного движущего источника, а может применяться к автомобилям, например электромобилям и гибридным электромобилям.