JP2007314163A - 運転者感覚調整装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】車両自体の旋回時の操縦安定性を低下することなく、運転者の感覚においてゆったりとした操舵を体感させることのできる運転者感覚調整装置を提供する。
【解決手段】運転者感覚調整装置1は、車両に固定され運転者が着座するシート6と、このシート6に設けられ車両横方向またはヨー方向に変位可能な可動部位4と、旋回時に求心加速度またはヨーレイトと逆方向に可動部位4を変位する制御部7とを備え、運転者にゆったりとした操舵を体感させることを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、車両の運転状態に応じてシートを駆動する運転者感覚調整装置に関する。
車両のサスペンションを硬くすると旋回時の操縦安定性が向上することは、例えば、特許文献1により知られている。
特開平5−092710号公報
しかしながら、車両の旋回時の操縦安定性が向上すると、運転者のステアリング操作(操舵)に対する車両横方向の加速度およびヨーレイトの立ち上がりが速くなるため、不慣れな運転者にとっては、その立ち上がりの速さが急峻に感じられ、ゆったりと操舵できなくなるといった問題があった。
本発明は、上記実情に鑑み、旋回時の操縦安定性を低下することなく、運転者がゆったりと操舵できるよう運転者の感覚を調整する運転者感覚調整装置を提案するものである。
上述した課題を解決するために、本発明の運転者感覚調整装置は、車両に固定され運転者が着座するシートと、このシートに設けられ車両横方向またはヨー方向に変位可能な可動部位と、旋回時に求心加速度またはヨーレイトと逆方向に前記可動部位を変位する制御部とを備えることを特徴とする。
本発明に係る運転者感覚調整装置では、車両横方向又はヨー方向へ変位可能な可動部位を有するシートを備え、旋回時に求心加速度またはヨーレイトと逆方向に前記可動部位を変位させるので、車両自体の旋回時の操縦安定性を変更することなく、運転者がゆったりと操舵できるようになる。
<第1の実施形態>
図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る運転者感覚調整装置1は、運転者によるステアリング操作量(操舵量)を検出する操舵量検出部2と、車両の速度を検出する車速検出部3と、車両に固定され運転者が着座するシート6と、このシート6に設けられ車両横方向又はヨー方向へ変位する可動部位4と、シート6に設けられ可動部位4を駆動する駆動部5と、操舵量検出部2が検出した操舵量に基づいて可動部位4の変位量を制御する制御部7とを備えている。
ここで、可動部位4は、車両に発生する求心加速度またはヨーレイトの方向と逆方向に変位する。
制御部7は、操舵量検出部2が検出した操舵量に対して可動部位4の変位量を定めたゲインマップ8を備えており、このゲインマップ8に基づいて可動部位4の変位量を求めて駆動部5へ可動部位4を駆動するための指令を送信している。なお、ゲインマップ8は、車速検出部3が検出した速度に応じて、変位量と操舵量との関係が異なる複数のゲインマップが用意されており、制御部7は車速検出部3が検出した速度に応じてゲインマップ8を切り替えている。
図2は、図1に示したシート6の具体的な構成を示す図である。図2(a)はシート6の外観、図2(b)はシート6の内部構造をそれぞれ示している。
図2(a)に示すように、シート6は、運転者が着座した時に運転者の背中に接するシートバック11(シート背面)と、シートバック11の両側に配置された左右1対のサイドサポート12と、シートバック11の上方に配置されたヘッドレスト13とを備えている。サイドサポート12は、運転者の両脇に沿うように運転者の側に傾斜している。
図2(b)に示すように、シート6の内部構造は、シート6の骨格をなすシートフレーム14と、サイドサポート12を支える左右1対のサイドサポートフレーム15a、15bと、サイドサポートフレーム15a、15bを同時に駆動するモータ16と、左右のサイドサポートフレーム15a、15bを連結する第1リンク17、第2リンク18と、第2リンク18とモータ16とを連結する第3リンク19と、サイドサポートフレーム15a、15bの回転を支持する回転支持部20と、ヘッドレスト13をシートフレーム14に取り付けるヘッドレスト取り付け部21と、クッション支持スプリング22とを備えている。
なお、図1の可動部位4は、図2(a)の左右1対のサイドサポート12と図2(b)のサイドサポートフレーム15a、15bに相当し、図1の駆動部5はモータ16に相当する。
サイドサポートフレーム15a、15bは、それぞれ上下1対の回転支持部20を介してシートフレーム14に支持され、車両横方向又はヨー方向へ変位する。サイドサポートフレーム15a、15bはそれぞれクッションで覆われて図2(a)のサイドサポート12を形成している。
モータ16の回転軸は、第1乃至第3リンク17〜19及び回転支持部20を介してサイドサポートフレーム15a、15bに結合されている。第1乃至第3リンク17〜19は略平行リンク構造を形成しており、モータ16が回転動作することによってサイドサポートフレーム15a、15bは車両横方向又はヨー方向へ変位する。つまり、モータ16の回転動作がサイドサポートフレーム15a、15bの揺動運動として伝えられる。これに伴い、図2(a)のサイドサポート12が同様な方向へ変位する。モータ16そのものはシートフレーム14に固定されている。
なお、図2(a)のヘッドレスト13はヘッドレスト取り付け部21を介してシートフレーム14に接続されている。また、シートフレーム14は方形状の形状を有し、その内側に所定の間隔をおいてクッション支持スプリング22が配置されている。
次に、サイドサポートフレーム15a、15bの動きを図3に基づいて説明する。図3(a)及び図3(b)に示すように、車両が旋回していない、つまり運転者によってステアリング操作が行われていない場合(通常時)には、左右のサイドサポートフレーム15a、15b(サイドサポート12)は車両横方向に対して左右対称な位置に保持されている。モータ16は回転動作をしておらず、第1乃至第3リンク17〜19も動いていない。
一方、図3(c)及び図3(d)に示すように、車両が右方向へ旋回する、つまり運転者によってステアリングが右回転するように操作された場合(右旋回時)には、モータ16を図3(c)及び図3(d)に示す方向へ操舵に応じた角度だけ回転させる。このモータ16の回転は第1乃至第3リンク17〜19を通じて左右のサイドサポートフレーム15a、15bに伝達される。そして、サイドサポートフレーム15a、15b(サイドサポート12)は、図3(a)及び図3(b)の位置(初期位置)から右旋回時の車両のヨー方向と逆方向に回転角βだけ回転する。
次に、図1に示した運転者感覚調整装置1の具体的な構成を図4に基づいて説明する。図4(a)は、図1の運転者感覚調整装置1の全体構成を具体的に示した図であり、特に、制御部7の構成を詳細に示したものである。コントロールユニット7(制御部)は、ステアリングエンコーダ(操舵量検出部)2が検出した操舵量を読み込むステアリングエンコーダ読取部31と、車輪速センサ(車速検出部)3が検出した車両の速度を読み込む車速パルス読取部32と、操舵量からサイドサポート12の変位量を決定するゲインマップ8と、モータ16を回転動作させるための駆動指令値を送信するモータドライブ回路33とを備えている。
ここで、シート6に設置されたモータ16の回転角はエンコーダもしくはポテンショメータによって読み取られ、コントロールユニット7にその信号が入力されている。
また、ステアリングホイールに設けられたステアリングエンコーダ2は、ステアリングが回転するとコントロールユニット7に信号を送信し、この信号を受信したコントロールユニット7はステアリングエンコーダ2からの信号をカウントしてステアリング舵角(操舵量)φに変換し、このステアリング舵角φにゲインマップ8から取得したゲインを掛けてモータ16の回転角指令値を求めている。
さらに、回転角指令値をモータドライブ回路33に入力してモータ16へ駆動電圧/電流を付与している。このとき、モータドライブ回路33の前段にはモータ16の回転角の現在値がフィードバックされ、この現在値に応じて位置制御が行われている。
ここで、図4(b)に示すように、コントロールユニット7は、例えば、車速が低速の場合(約30km/h)と、高速の場合(約60km/h)によって異なるゲインマップ8を使用し、速度に応じて選択したゲインマップ8を用いて、ステアリング舵角φに対するモータ16の回転角指令値を決定している。
ここでは、ステアリング舵角φに対するサイドサポート12の角度変位βのゲインマップ8を示したが、実際には第1乃至第3リンク17〜19の寸法を考慮したモータ16の回転角度変位に対するサイドサポート12の角度変位βのゲインをマップとして備えていることが望ましい。
図4(b)に示すように、ゲインマップ8は30km/hの低速時及び60km/hの高速時ともに線形特性となっており、ステアリング舵角φが増加するに従ってゲインも増加するような特性となっている。ただし、ステアリング舵角φが90°に達したところでサイドサポート12の角度変位βを飽和させて制限している。
このように、コントロールユニット7は、車両の速度に応じてゲインマップ8を選択し、選択したゲインマップ8に基づいてステアリング舵角φからサイドサポート12の角度変位βを求めている。
次に、サイドサポート12の角度変位βの最大値の設定方法を図5に基づいて説明する。図5(a)は車両が直進しているときの運転者51の上体を上方から見た図であり、点Aは直進時にステアリングホイール最上部となる点を示している。図5(b)は運転者51を正面から見た図であり、直進時に点Aの位置にあったステアリング最上部は運転者51による右方向への操舵によって点Bまで移動する。このときの運転者51の上体を俯瞰した図が図5(c)であり、図5(c)に示すように、運転者51のアイポイントPと点Bを結んだ直線と車両前後方向軸Xとが為す角をθとし、左右のサイドサポート12の変位量βは0<β≦θの関係を満たすようにする。
このように設定したのは、旋回時に運転者51が自らの上体を捻るときに、ほぼこの範囲内の角度で上体の姿勢変化をするためであり、ゲインをこの範囲にすることによって、運転者51が自らの上体を捻る動きに追従してサイドサポート12が動き、気持ちの良い旋回が可能となるからである。
実際の車両ではステアリングホイールの径やステアリングギア比は車種によって異なるが、便宜上ここではよく用いられている径(=330〜380mm程度)のステアリングホイール、ギア比が13〜20程度を想定して運転者51のアイポイントPと点Bを結んだ直線と、車両前後方向軸Xとの為す角θの値を決定すれば良い。また、同様にステアリングホイールに対する運転者51のアイポイントPの位置、すなわちシート6の前後スライド量によってもゲインの上限値が変化する。しかし、必ずしも厳密にこの関係を保つためにシート6のスライド量を検知してサイドサポート12の揺動角を調整する必要は無く、標準的な体格の運転者51を想定して角θの大きさを決定しておけば良い。
これらステアリングホイールやステアリングギア比およびアイポイントPの位置に対して厳密にサイドサポート12の動きを制御する必要がない理由は、サイドサポート12の表面には一般に柔らかいクッションが設けられているため、厳密な位置制御はそれほど意味を持たないからである。
このように、サイドサポート12の変位量としてのヨー回転角βは、直進時にステアリングホイール最上部となる点Aと運転者51のアイポイントPとを結ぶ直線が車両前後方向軸Xと為す角度θに対して、0<β≦θとなるように設定される。
[変形例]
これまでの第1の実施形態の説明では、サイドサポートフレーム15a、15bがシートフレーム14に対してヨー方向に回転変位する例を示してきたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図6に示すように、サイドサポートフレーム15a、15bがシートフレーム14に対して車両横方向へ並行に変位しても構わない。
図6(a)は、変形例に係わるシート6の具体的な内部構造を示す図である。図2(b)に示した内部構造と比べて異なる点を説明し、同じ部分については説明を省略する。左右のサイドサポートフレーム15a、15bの両端がそれぞれスライドレール36a、36bに接続されることにより、左右のサイドサポートフレーム15a、15bの相対的な位置が固定されている。スライドレール36a、36bは、リニアガイドのスライドレール部分を兼ねており、リニアガイドのスライダ37a〜37dに相当する部分がシートフレーム14に固定されている。これにより、左右のサイドサポートフレーム15a、15bは一体となってシートフレーム14に対して車両横方向に変位できるように支持されている。
さらにスライドレール36a、36bの背面にはラック歯を設け、このラック歯に噛み合うピニオンギアをシートフレーム14に対して固定されたモータ16で駆動する。これにより、サイドサポートフレーム15a、15bの左右への移動が可能となる。
図6(b)は通常の直進時における運転者51の上体を示しており、サイドサポートフレーム15a、15bは、直進時には運転者51やシートバック11に対して左右対称に位置している。
一方、図6(c)は旋回時における運転者51の上体を示しており、旋回時(右旋回時)にはサイドサポートフレーム15a、15bは車両横方向へ平行移動している。上記の方法によってもサイドサポート12が回転変位するのと同様のヨーレイト感を運転者51に付与することが可能である。
ここで、図6(a)の機構を採用する場合にはサイドサポート12の変位量の上限値について例えば次のように考えればよい。図7(a)は、シートフレーム14とサイドサポートフレーム15a、15bのみを模式的に示した図である。図7(b)は、この状態からサイドサポートフレーム15bが横方向に平行移動した状態を示している。このとき、サイドサポートフレーム15bの先端の横方向変位量(距離)を「d」とする。変位量の上限値を考える場合には、サイドサポートフレーム15b先端の横方向変位量dが、図7(c)に示すように回転変位で得られたものと仮想して考え、このときの仮想的なサイドサポートフレーム15bの回転角βが前述した0<β≦θの関係を満たすように横方向変位量dを設定すればよい。
ここではサイドサポートフレーム15bの先端における変位距離を代表値として考えているが、これ以外にもサイドサポート12に対する運転者51の上体の接触荷重中心を代表点として考え、この点の横方向変位を考えても良い。シートクッションの弾性が存在するため、運転者51の感覚に対してはある程度のロバスト性がある。よって、いずれの考え方を用いても、本発明による効果は大きく異なることはない。
また、別の変形例を図8に基づいて説明する。図8(a)に示すようにシートバック81をアッパシートバック82とロアシートバック83の上下2つに分割して、互いに回転可能に支持するようにしたものである。これによって、乗員が着座したまま後方を振り返ろうとすると、その動作に追従して図8(b)に示すようにアッパシートバック82が後方へ回動するような構造となっている。このようなシート構造を利用するとともに、アッパシートバック82の回転をモータなどの電気的手段もしくはステアリングホイールと連結されたワイヤで引っ張るような機械的手段のいずれかを用いてステアリング操作と連動させて動かすことによって、本発明を適用した実施形態が実現可能である。この場合においても、運転者の操舵量に対するシートバックの回転角ゲインや回転角ゲインの最大値の考え方は前述のとおりにすれば良い。
次に、本実施形態の運転者感覚調整装置の効果を説明する。
従来、車両横方向の加速度とヨーレイトと運転しやすさの指標とすることが知られている(例えば、“自動車の運動性能向上技術”、自動車技術会編、第68頁〜第69頁(1998年)参照)。図9は、上記“自動車の運動性能向上技術”の69頁から抜粋したものであり、横軸は車両横方向の加速度の時定数(横加速度時定数)であり、縦軸はヨーレイトの時定数(ヨー角速度時定数)を示している。“自動車の運動性能向上技術”によれば、横加速度時定数≒ヨー角速度時定数で、尚且つ、それらの時定数が0.05s〜0.10s程度となる領域が運転しやすい領域とされている。
一般的には、操舵に対する車両横方向の加速度とヨーレイトとの時定数の関係が上記のような領域に収まるようにサスペンションのチューニングが行われている。そして、時定数が上記領域内で0.05sに近いほど旋回時の操縦安定性が高く、逆に、0.10sに近いほど乗心地が高いとされている。
しかし、車両の旋回時の操縦安定性が向上すると、操舵に対する車両横方向の加速度およびヨーレイトの立ち上がりが速くなるため、不慣れな運転者にとっては、その立ち上がりの速さが急峻に感じられ、ゆったりと操舵できなくなり、旋回時の乗心地が良くないと感じてしまうことがある。
そこで、本実施形態の運転者感覚調整装置1では、車両横方向又はヨー方向へ変位する可動部位4をシート6に設置し、運転者による操舵量に基づいて可動部位4を車両に発生する求心加速度またはヨーレイトの方向と逆方向に変位させて、車両自体の旋回時の操縦安定性を変更することなく、運転者の感覚においては旋回時の乗心地が良くなったと体感させるようにしている。
以下、具体的に説明する。
ここで、本発明の効果を定量的に示すために図10に示す評価コースを用いて実験を行った。評価コースは直線路にパイロン(コーン)を10数個並べて作成したスラロームコースである。パイロン間の間隔は30m、中心線からパイロンは交互に50cmオフセットしており、ドライバーには40km/hで一定速走行するタスクが与えられている。
図11は、本発明のシート駆動の概要を示したものである。発明者は図11のAで示したサイドサポート部12を旋回内側方向へ駆動する駆動方法(以下、この駆動方法を同相駆動と表記する)を特開2007−001466号公報にて既に発明しており、車両横方向の加速度とヨーレイトの位相関係を感覚上一致させて良好な運転感覚を得ることができる発明を試している。
この先の発明を適用した車両を用いて図10に示す評価コースでテストを行ってドライバーに主観的な感想を求めると、図11のBで示したサイドサポート部12を駆動しないノーマルの状態に対して、「サスペンションが硬くなった感覚」、「車両の応答性が向上した感覚」、「スポーティな感覚に変化した」といったコメントが得られる。これは、従来のようなサスペンションの変更や4輪操舵を用いて車両横方向の加速度とヨーレイトを図9に示した良好な関係になるように車両特性を調整したときに得られるコメントに近く、すなわちサイドサポート部12を駆動しただけで4輪操舵と同等の運転感覚の変化が得られたことを示している。
一方、この先の発明に対して、本実施形態で説明したサイドサポート部12を図11のCで示したように旋回外側方向へ駆動する駆動方法(以下、この駆動方法を逆相駆動と表記する)を適用した車両を用いて評価コースでテストを行い、ドライバーに主観的な感想を求めると、図11のBで示したシートを駆動しないノーマルの状態に対して、「ロールがスムーズになった」、「車両応答がスムーズになった」、「リラックスして運転できる」といったコメントが得られ、先の発明とは逆に乗心地を重視した設定の車両に近い感覚が得られることが分かった。
しかし、サスペンションを乗心地重視でチューニングした車のように旋回を伴う運転がしづらくなるようなことはなく、主観的に運転しやすい状態が保たれている結果が得られている。これは、サイドサポート部12を駆動することによって感覚上はサスペンションが柔らかくなったような感覚が得られているが、本来の車両そのものの特性を変化させたわけではないことが理由と考えられる。
これらの結果は、図12に示すように、同相駆動では車両横方向の加速度とヨーレイトの位相関係の良好な領域(旋回時の運転しやすさが良好な領域)のうち、左下方向に位置するような感覚が得られていたのに対し、逆相駆動では逆に右上に位置するような感覚が得られていたと解釈することができる。
ここで、このような効果が得られるメカニズムを図13に基づいて説明する。車両が旋回するときには横方向に慣性力が働き、運転者の上体は車両に対して旋回外側へ傾こうとする。このとき、上体はサイドサポート部12に支えられるので、サイドサポート部12と上体との間に接触圧力が発生する。
例えば、右旋回するときには上体に車両左側へ向かう慣性力が働く。特にこのときの左側サイドサポート12と上体との接触圧力に着目し、図13(b)に示すように、この接触圧力をFとする。旋回するために操舵を行うと、車両の動特性に応じて、ある遅れ時間を持って横加速度が発生し、その横加速度に応じて接触圧力Fの値が増加する。この操舵角と接触圧力Fとの関係を説明するための概念図を図13(a)のグラフに示した。
図13(a)に示すように、サイドサポート12を同相駆動した場合にはシート制御無の場合と比較して接触圧力Fの立ち上がりが早くなり、サイドサポート12を逆相駆動した場合にはシート制御無しの場合と比較して接触圧力Fの立ち上がりが遅くなっている。
このように操舵角に対するシート接触圧力Fの時定数が変化したことにより、同相駆動した場合には、車両横方向の加速度やヨーレイトの立ち上がりが早くなり、車両が速く応答したような感覚を運転者に付与することができ、逆相駆動した場合には、車両横方向の加速度やヨーレイトの立ち上がりが遅くなり、車両応答がゆっくりになったような感覚を運転者に付与することができる。
また、図14は、逆相駆動した場合の定量的な効果を示したものである。図10に示したスラローム走行を行った際の操舵速度頻度ヒストグラムを、図11のBに示すノーマル状態と図11のCに示す逆相駆動状態で比較したものである。図14に示すように、逆相駆動の場合には操舵速度の分散値が小さくなっている。これは、急激な操舵をしなくなったことを示しており、運転者の主観的評価でもあったように、「リラックスして運転できる」ということを定量的にも表した結果であると考えられ、その結果として運転が安定方向に変化したと捉えることができる。
このように、本実施形態の運転者感覚調整装置1では、車両横方向又はヨー方向へ変位する可動部位4を有するシート6を備え、運転者による操舵量に基づいて可動部位4を車両に発生する求心加速度またはヨーレイトの方向と逆方向に変位させるので、車両自体の旋回時の操縦安定性を変更することなく、運転者の感覚においては旋回時の乗心地が良くなったと体感させることができる。
以上、効果を羅列したが、まとめると以下の通りである。
車両の旋回時の操縦安定性が向上すると、操舵に対する車両横方向の加速度およびヨーレイトの立ち上がりが速くなるため、不慣れな運転者にとっては、その立ち上がりの速さが急峻に感じられ、ゆったりと操舵できなくなり、旋回時の乗心地が良くないと感じてしまうことがある。
これに対し、本実施形態の運転者感覚調整装置1では、このシート6に設けられ車両横方向またはヨー方向に変位可能な可動部位4を、旋回時に求心加速度またはヨーレイトと逆方向に可動部位4を変位することにより、図13に示したように、旋回時に運転者が感じる接触圧力Fの立ち上がりを遅くすることができ、運転者に車両横方向の加速度またはヨーレイトの立ち上がりが遅くなったように感じさせることができる。これは、図14で示した、操舵速度の分散値が小さくなるといった裏付けから明らかである。
そして、結果として、車両自体の旋回時の操縦安定性を変更することなく、運転者はリラックスして(ゆったりと)操舵できるようになり、シート制御無しの場合と比較して旋回時の乗心地が良くなったと感じるようになる。
また、一般的な車両では主に前輪のみが操舵される。この場合、旋回運動は1自由度の操舵入力であるのに対して車両横方向運動とヨー運動とは2自由度の出力になる関係を有し、車両横方向の加速度とヨーレイトとの時定数をそれぞれ独立に制御することはできない。
よって、乗心地その他の要件を兼ね合わせて設計される実際の車両において、車両横方向の加速度とヨーレイトとの時定数を上記した旋回時に運転しやすい領域に収めることは困難であった。
これに対し、本実施形態の運転者感覚調整装置1では、図12に示したように、車両自体の特性が点B、Cのように、旋回時に運転しやすい領域から外れているとしても、例えば、車両特性Bの車両の場合、旋回時に可動部位4を車両横方向に変位させることで、運転者が感じる車両横方向の加速度の立ち上がりを遅くし(横加速度時定数を大きくし)、運転者が感じる車両特性を点Aに変化することができ、また、車両特性Cの車両の場合、旋回時に可動部位4をヨー方向に変位させることで、運転者が感じるヨーレートの立ち上がりを遅くし(ヨー角速度時定数を大きくし)、運転者が感じる車両特性を点Aに変化することができる。つまり、本実施形態の運転者感覚調整装置1により、運転者が感じる車両特性を任意に変更できるため、車両を設計する際の自由度が広がる。
ところで、実公平6−018831号公報には、運転者の疲労軽減を目的とし、運転者に作用する車両横方向の加速度が低減するよう旋回時にシート全体を変位させる技術が開示されている。
しかしながら、この実公平6−018831号公報に開示の技術のように、シート全体を変位させてしまうと、ステアリングや、アクセルペダル、ブレーキペダル、シフトレバー等の操作系と運転者との位置関係も変化し、運転者が運転操作しにくいと感じてしまうこととなる。
これに対して、本実施形態の運転者感覚調整装置1では、シート6は車両に固定し、シート6に設けられた可動部位4のみを変位させる構造としたため、可動部位4が変位しても、操作系と運転者との位置関係はほとんど変化せずに済み、運転者が運転操作しにくいと感じてしまうことはない。
また、実公平6−018831号公報に開示の技術のように、運転者に作用する車両横方向の加速度が低減するよう旋回時にシート全体を変位させると、旋回時の運転者の疲労が減少するものの、これに伴い運転者がステアリング操作する際に必要とする車両挙動情報も減少してしまうため、運転者がステアリング操作し難いと感じてしまうこととなる。
つまり、運転者がステアリング操作する際、車両挙動情報としての視覚情報(カーブの曲率半径)や触覚情報(車両前後方向の加速度や車両横方向の加速度)に基づき操舵量を決定することになるが、車両挙動情報のうちの1つである車両横方向の加速度を運転者が感じ難くなると、運転者は旋回時の車両挙動を正確に判断できなくなり、旋回時に修正舵が増加し、結果として運転者が操舵し難いと感じてしまうこととなる。
これに対して、本実施形態の運転者感覚調整装置1では、シート6は車両に固定し、シート6に設けられた可動部位4のみを変位させる構造としたため、旋回時に車両横方向の加速度の立ち上がりのみが変化することになり、車両横方向の加速度自体(定常値)は変化しないため、旋回時に運転者が必要とする車両挙動情報が減少することはなく、運転者が操舵し難いと感じてしまうことはない。
また、本実施形態の運転者感覚調整装置1では、可動部位4はシート背面の両側に配置された左右1対のサイドサポート12であり、サイドサポート12がシート6の他の部分に対して車両横方向あるいはヨー方向に変位するので、可動部位4が変位しても操作系と運転者との位置関係をほとんど変化させない構造を、簡潔かつ低いコストで運転感覚を向上させることができる。
さらに、本実施形態の運転者感覚調整装置1では、可動部位4は少なくともシート背面の一部であり、このシート背面の一部がシート6の他の部分に対して車両横方向あるいはヨー方向に変位するので、可動部位4が変位しても操作系と運転者との位置関係をほとんど変化させない構造を、簡潔かつ低いコストで運転感覚を向上させることができる。
<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態を図15に基づいて説明する。図15に示すように、本実施形態の運転者感覚調整装置41は、操舵量に基づいて車両に発生するヨーレイト及び求心加速度の方向と同一方向に可動部位4を変位させる制御パターンと、車両に発生するヨーレイト及び求心加速度の方向と逆方向に可動部位4を変位させる制御パターンとを選択的に制御可能としたことが第1の実施形態と異なっており、それに伴って制御部7は2つの制御パターンで使用されるゲインマップ42、43を備えている。
また、運転者感覚調整装置41は、運転者に2つの制御パターンを選択させる選択スイッチ(選択手段)44をさらに備えている。ただし、その他の構成については第1の実施形態と同様なので、詳しい説明は省略する。
さらに、シート6の具体的な構成は図2で示した第1の実施形態と同様なので詳しい説明は省略する。
次に、サイドサポートフレーム15a、15bの動きを図16に基づいて説明する。ただし、サイドサポートフレーム15a、15bを車両に発生するヨーレイト及び求心加速度の方向と逆方向に変位させる逆相駆動の場合の動きについては第1の実施形態で説明したので、ここではヨーレイト及び求心加速度の方向と同一方向に変位させる同相駆動の場合の動きを説明する。
図16(a)及び(b)に示すように、車両が旋回していない、つまり運転者によってステアリング操作が行われていない場合(通常時)には、左右のサイドサポートフレーム15a、15b(サイドサポート12)は車両横方向に対して左右対称な位置に保持されている。モータ16は回転動作をしておらず、第1乃至第3リンク17〜19も動いていない。
一方、図16(c)及び(d)に示すように、車両が右方向へ旋回する、つまり運転者によってステアリングが右回転するように操作された場合(右旋回時)には、モータ16を図16(b)に示す方向へステアリング操作に応じた角度だけ回転させる。このモータ16の回転は第1乃至第3リンク17〜19を通じて左右のサイドサポートフレーム15a、15bに伝達される。そして、サイドサポートフレーム15a、15b(サイドサポート12)は、図16(a)及び(b)の位置(初期位置)から右旋回時の車両のヨー方向と同一方向に回転角αだけ回転する。
次に、図15に示した運転者感覚調整装置41の具体的な構成を図17に基づいて説明する。図17は、図15の運転者感覚調整装置41の全体構成を具体的に示した図であり、特に、制御部7の構成を詳細に示したものである。コントロールユニット7(制御部)は、ステアリングエンコーダ(操舵量検出部)2が検出した操舵量を読み込むステアリングエンコーダ読取部31と、車輪速センサ(車速検出部)3が検出した車両の速度を読み込む車速パルス読取部32と、サイドサポート12を旋回内側方向へ駆動する同相駆動に使用するゲインマップ42と、サイドサポート12を旋回外側方向へ駆動する逆相駆動に使用するゲインマップ43と、ステアリングスイッチ(選択スイッチ)44で運転者によって選択された駆動方法に切り替える同相・逆相切替部45と、モータ16を回転動作させるための駆動指令値を送信するモータドライブ回路33とを備えている。
ここで、シート6に設置されたモータ16の回転角はエンコーダもしくはポテンショメータによって読み取られ、コントロールユニット7にその信号が入力されている。
また、ステアリングホイールに設けられたステアリングエンコーダ2は、ステアリングが回転するとコントロールユニット7に信号を送信し、この信号を受信したコントロールユニット7はステアリングエンコーダ2からの信号をカウントしてステアリング舵角φに変換し、このステアリング舵角φにゲインマップ42、43から取得したゲインを掛けてモータ16の回転角指令値を求めている。さらに、ステアリングスイッチ44で運転者によって選択された駆動方法に応じて、同相・逆相切替部45が同相駆動の回転角指令値か、逆相駆動の回転角指令値かのいずれかを選択し、選択された回転角指令値をモータドライブ回路33に入力してモータ16へ駆動電圧/電流を付与している。このとき、モータドライブ回路33の前段にはモータ16の回転角の現在値がフィードバックされ、その現在値に応じて位置制御が行われている。
また、コントロールユニット7は、同相駆動と逆相駆動を切り替えるときには、2つの駆動方法を連続的に変化させて運転者に違和感を与えることがないように制御している。
さらに、コントロールユニット7は、車速が低速である場合と高速である場合で異なるゲインマップ42、43を使用しており、車輪速センサ3からの車速パルスを車速パルス読取部32で読み取って車速を検出し、この車速に応じて高速のときのゲインマップか、あるいは低速のときのゲインマップを選択して使用している。
このように、コントロールユニット7は、車両の速度に応じてゲインマップ42、43の中からそれぞれゲインマップを選択し、選択したゲインマップに基づいてステアリング舵角φからサイドサポート12の角度変位αあるいはβを求めている。
次に、サイドサポート12の角度変位αの最大値の設定方法を図18に基づいて説明する。ただし、角度変位βの最大値の設定方法については図5で説明した第1の実施形態と同様なので説明を省略する。
図18(a)は車両が直進しているときの運転者51の上体を上方から見た図であり、点Aは直進時にステアリングホイール最上部となる点を示している。図18(b)は運転者51を正面から見た図であり、直進時に点Aの位置にあったステアリング最上部は運転者51による右方向への操舵によって点Bまで移動する。このときの運転者51の上体を俯瞰した図が図18(c)であり、図18(c)に示すように、運転者51のアイポイントPと点Bを結んだ直線と車両前後方向軸Xとが為す角をθとし、左右のサイドサポート12の変位量αは0<α≦θの関係を満たすようにする。
このように設定したのは、旋回時に運転者51が自らの上体を捻るときに、ほぼこの範囲内の角度で上体の姿勢変化をするためであり、ゲインをこの範囲にすることによって、運転者51が自らの上体を捻る動きに追従してサイドサポート12が動き、気持ちの良い旋回が可能となるからである。
図18(d)は上記の効果を検証した実験結果を示したものである。横軸は操舵角(ステアリング舵角φ)に対するサイドサポート12の角度変位αを数値で表したものである。この数値そのものはステアリングのギア比によって変化するため、参考値として示しているに過ぎない。なお、ゲインが0であることはサイドサポート12を全く駆動しない場合を示す。運転感覚、特に操舵を開始した直後の運転のしやすさに着目し、ゲイン0の状態における感覚を基準の6.0点として、ゲインを変化させたときの主観的評価点を縦軸にプロットしている。
ゲイン0が即ちα=0に相当し、ゲイン0.12の点がα≒θに相当する。被検者A〜Cにより評価を行った結果、0<α<θにおいて図18(d)の点線で囲った部分において評価点が最大となることが確認された。
実際の車両ではステアリングホイールの径やステアリングギア比は車種によって異なるが、便宜上ここではよく用いられている径(=330〜380mm程度)のステアリングホイール、ギア比が13〜20程度を想定して運転者51のアイポイントPと点Bを結んだ直線と、車両前後方向軸Xとの為す角θの値を決定すれば良い。また、同様にステアリングホイールに対する運転者51のアイポイントPの位置、すなわちシート6の前後スライド量によってもゲインの上限値が変化する。しかし、必ずしも厳密にこの関係を保つためにシート6のスライド量を検知してサイドサポート12の揺動角を調整する必要は無く、標準的な体格の運転者51を想定して角θの大きさを決定しておけば良い。
これらステアリングホイールやステアリングギア比およびアイポイントPの位置に対して厳密にサイドサポート12の動きを制御する必要がない理由は、サイドサポート12の表面には一般に柔らかいクッションが設けられているため、厳密な位置制御はそれほど意味を持たないからである。
このように、サイドサポート12の変位量としてのヨー回転角αは、直進時にステアリングホイール最上部となる点Aと運転者51のアイポイントPとを結ぶ直線が車両前後方向軸Xと為す角度θに対して、0<α≦θとなるように設定される。
このように、本実施形態の運転者感覚調整装置41では、車両に発生するヨーレイト及び求心加速度の方向と同一方向に可動部位4を変位させる制御パターン(同相駆動)と、車両に発生するヨーレイト及び求心加速度の方向と逆方向に可動部位4を変位させる制御パターン(逆相駆動)とを選択的に制御可能とし、2つの制御パターンを連続的に変化させるので、車両自体の特性を変更することなしに、あたかも車両の特性が変わったかのように運転者に感じさせることが可能となる。
また、本実施形態の運転者感覚調整装置41では、選択スイッチ44によって選択された制御パターンで可動部位4を制御するので、運転者の意思で制御パターンを切り替えることができ、例えば山道では同相駆動とし、比較的コーナーの緩やかな高速道路では逆相駆動にするなど運転者によって心地良い感覚を任意に選択することが可能となる。
<第3の実施形態>
次に、本発明の第3の実施形態を図19に基づいて説明する。図19に示すように、本実施形態の運転者感覚調整装置61は、運転者の身体状態を検出する身体状態検出部62をさらに備えたことが第1の実施形態と異なっており、それに伴って制御部7は身体状態検出部62の出力に基づいて制御パターンを選択的にあるいは連続的に切り替えるためのゲインマップ63を備えている。ただし、その他の構成については第1の実施形態と同様なので、詳しい説明は省略する。
さらに、シート6の具体的な構成及び動きは図2及び図3で示した第1の実施形態と同様なので詳しい説明は省略する。
次に、図19に示した運転者感覚調整装置61の具体的な構成を図20に基づいて説明する。図20(a)は、図19の運転者感覚調整装置61の全体構成を具体的に示した図であり、特に、制御部7の構成を詳細に示したものである。コントロールユニット7(制御部)は、ステアリングエンコーダ(操舵量検出部)2が検出した操舵量を読み込むステアリングエンコーダ読取部31と、車輪速センサ(車速検出部)3が検出した車両の速度を読み込む車速パルス読取部32と、操舵量から可動部位4の変位量を決定するゲインマップ8と、発汗センサ(身体状態検出部)62が検出した発汗状態(身体状態)を読み込むセンサ読取部64と、運転者の身体状態に応じて同相駆動と逆相駆動とを切り替えるためのゲインマップ63と、モータ16を回転動作させるための駆動指令値を送信するモータドライブ回路33とを備えている。
ここで、シート6に設置されたモータ16の回転角はエンコーダもしくはポテンショメータによって読み取られ、その読み取り値がコントロールユニット7に入力されている。
また、ステアリングホイールに設けられたステアリングエンコーダ2は、ステアリングが回転するとコントロールユニット7に信号を送信し、この信号を受信したコントロールユニット7はステアリングエンコーダ2からの信号をカウントしてステアリング舵角φに変換し、このステアリング舵角φにゲインマップ8から取得したゲインを掛けてモータ16の回転角指令値を求めている。
このとき、図20(b)に示すように、コントロールユニット7は、例えば、車速が低速である場合(約30km/h)と、高速である場合(約60km/h)で異なるゲインマップ8を使用し、速度に応じて選択したゲインマップ8を用いてステアリング舵角φに対してモータ16の回転角指令値を決定している。
ここでは、ステアリング舵角φに対するサイドサポート12の角度変位βのゲインマップ8を示したが、実際には第1乃至第3リンク17〜19の寸法を考慮したモータ16の回転角度変位に対するサイドサポート12の角度変位βのゲインをマップとして備えていることが望ましい。
また、図20(b)に示すように、ゲインマップ8は30km/hの低速時及び60km/hの高速時ともに線形特性となっており、ステアリング舵角(操舵量)φが増加するに従ってゲインも増加するような特性となっている。ただし、ステアリング舵角φが90°に達したところでサイドサポート12の角度変位βを飽和させて制限している。
このように、コントロールユニット7は、車両の速度に応じてゲインマップ8を選択し、選択したゲインマップ8に基づいてステアリング舵角φからサイドサポート12の角度変位βを求めている。ただし、本実施形態では同相駆動と逆相駆動の両方を扱うため、サイドサポート角度変位βの取りうる範囲は、すでに第1の実施形態で定義した角度θを用いて、−θ≦β≦θの範囲となる。したがって、ゲインマップ8の縦軸はβの絶対値|β|として示している。
このようにして回転角指令値が求められると、次にゲインマップ63で求めたゲインを回転角指令値に掛けて同相駆動か逆相駆動かを決定する。
ここで、ゲインマップ63は、同相駆動か逆相駆動かを決定するために、−1から1までの値をゲインとして出力するマップであり、横軸は発汗センサ62の読み取り値である。この読み取り値は、平静状態の運転者の発汗状態が0となるようにキャリブレーションを行ってあり、ここでは発汗量が増加するに従ってゲインマップ63の値がプラスに変化するように設定している。
したがって、ゲインマップ63のゲインを掛けた最終的な出力が正の場合は、逆相駆動となり、負の場合は同相駆動となり、ここに示した例では運転者の発汗が少なく、平静を保っている状態では同相駆動を行ってより気持ちの良い運転を実現し、発汗量が多くなって運転負荷が増加した場合には逆相駆動を行って運転者をリラックスさせる運転感覚を与えるようにしている。
ただし、ここでは発汗量によって駆動方向を変化させる場合を一例として示したが、これ以外にも身体状態検出部62として例えばカメラを車室内に設置して運転者の表情を認識したり、心拍や呼吸を測定したりするなど、人間の負荷状態を感知する公知技術を用いて、その出力値をゲインマップ63の横軸として与えても良い。
こうしてゲインマップ63の値を掛けて同相駆動か逆相駆動かを決定したら、求めた回転角指令値をモータドライブ回路33に入力してモータ16へ駆動電圧/電流を付与し、モータ16を駆動してサイドサポート12を変位させる。このとき、モータドライブ回路33の前段にはモータ16の回転角の現在値がフィードバックされ、この現在値に応じて位置制御が行われている。
このように、本実施形態の運転者感覚調整装置61では、運転者の身体状態を検出する身体状態検出部62をさらに備え、身体状態検出部62の出力に基づいて制御パターンを選択的に、あるいは連続的に切り替えるようにしたので、運転者の身体状態に応じて制御パターンを切り替えることができ、運転者へ常に快適な運転を提供することができる。
<第4の実施形態>
次に、本発明の第4の実施形態を図21に基づいて説明する。図21に示すように、本実施形態の運転者感覚調整装置71では、車両の走行状態を検出する走行状態検出部72をさらに備えたことが第1の実施形態と異なっており、その他の構成については第3の実施形態と同様なので、詳しい説明は省略する。
第3の実施形態では、運転者の身体状態に応じて同相駆動にするか、逆相駆動にするかを切り替えていたが、本実施形態の運転者感覚調整装置71では、車両の走行状態に応じて同相駆動と逆相駆動とを切り替えるようにしたことが第3の実施形態と異なっている。
したがって、第3の実施形態の図20(c)に示したゲインマップ63の横軸としては、ヨーレイトや車両横方向の加速度などの走行状態が設定される。車両のヨーレイトが高い場合や横加速度が高い場合には運転者の負荷が増加することは当然であるため、ゲインマップ63の横軸としてヨーレイトや車両横方向の加速度を与えることで、最適な制御パターンに切り替えることができる。
これによって、例えば車両の横加速度を検出し、低い横加速度の運転領域ではシートを逆相駆動して運転者にリラックスした運転感覚を付与し、旋回しやすさが重視される高い横加速度の運転領域ではシートを同相駆動にするような制御が可能となる。
このように、本実施形態の運転者感覚調整装置71では、車両の走行状態を検出する走行状態検出部72をさらに備え、走行状態検出部72の出力に基づいて制御パターンを選択的に、あるいは連続的に切り替えるようにしたので、車両の走行状態に応じてシートの駆動方向を切り替えることができ、運転シーンに応じた運転感覚を運転者に与えることが可能となる。
以上、本発明の運転者感覚調整装置について、図示した実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
本発明の第1の実施形態に係る運転者感覚調整装置の構成を示すブロック図である。 図1に示すシートの具体的な構成を示す斜視図であり、(a)はその外観を示し、(b)はその内部構造を示す図である。 図2に示すサイドサポートの変位と運転者によるステアリング操作との関係を示す斜視図及び上面図であり、(a)及び(b)は通常時を示し、(c)及び(d)はモータ駆動時(右旋回時)を示す図である。 図4(a)は図1に示す運転者感覚調整装置の全体構成を具体的に示した図であり、図4(b)はゲインマップの一例を示すグラフである。 図5(a)は車両が直進しているときの運転者の上体を上方から見た図であり、図5(b)は直進時に点Aの位置にあったステアリング上の1点が点Bまで移動した状態を示し、図5(c)は図5(b)の状態での運転者の上体を俯瞰した図である。 図6(a)は、変形例に係わるシートの具体的な内部構造を示す斜視図であり、図6(b)及び図6(c)は、サイドサポートの変位と運転者によるステアリング操作との関係を示す上面図である。 図7(a)はシートフレームとサイドサポートフレームのみを模式的に示した図であり、図7(b)はサイドサポートフレームが並進変位する場合、図7(c)はサイドサポートフレームが回転変位する場合を示す図である。 図8(a)は、変形例に係わるシートの具体的な構造を示す斜視図であり、図8(b)は、回転した状態のシートの構造を示す斜視図である。 横加速度時定数とヨーレイト時定数との関係を示すグラフである。 本発明の運転者感覚調整装置をテストするための評価コースを用いた実験を説明するための図である。 サイドサポートの変位と運転者によるステアリング操作との関係を示す上面図である。 同相駆動と逆相駆動の場合における横加速度時定数とヨーレイト時定数との関係を示すグラフである。 図13(a)はサイドサポートと運転者との間の接触圧力と操舵角との関係を説明するためのグラフであり、図13(b)は運転者によるステアリング操作と接触圧力との関係を示す上面図である。 スラローム走行を行った際の操舵速度頻度ヒストグラムを示す図である。 本発明の第2の実施形態に係る運転者感覚調整装置の構成を示すブロック図である。 サイドサポートの変位と運転者によるステアリング操作との関係を示す斜視図及び上面図であり、(a)及び(b)は通常時を示し、(c)及び(d)は右旋回時を示す図である。 図15に示す運転者感覚調整装置の全体構成を具体的に示した図である。 図18(a)は車両が直進しているときの運転者の上体を上方から見た図であり、図18(b)は直進時に点Aの位置にあったステアリング上の1点が点Bまで移動した状態を示し、図18(c)は図18(b)の状態での運転者の上体を俯瞰した図であり、図18(d)は、検証実験の結果を示すグラフである。 本発明の第3の実施形態に係る運転者感覚調整装置の構成を示すブロック図である。 図20(a)は図19に示す運転者感覚調整装置の全体構成を具体的に示した図であり、図20(b)及び(c)はゲインマップの一例を示すグラフである。 本発明の第4の実施形態に係る運転者感覚調整装置の構成を示すブロック図である。
符号の説明
1、41、61、71 運転者感覚調整装置
2 操舵量検出部
3 車速検出部
4 可動部位
5 駆動部
6 シート
7 制御部
8、42、43、63 ゲインマップ
11 シートバック
12 サイドサポート
13 ヘッドレスト
14 シートフレーム
15a、15b サイドサポートフレーム
16 駆動するモータ
17 第1リンク
18 第2リンク
19 第3リンク
20 回転支持部
21 ヘッドレスト取り付け部
22 クッション支持スプリング
31 ステアリングエンコーダ読取部
32 車速パルス読取部
33 モータドライブ回路
36a、36b スライドレール
37a〜37d スライダ
44 選択スイッチ
45 同相・逆相切替部
51 運転者
62 身体状態検出部
64 センサ読取部
72 走行状態検知部
81 シートバック
82 アッパシートバック
83 ロアシートバック

Claims (7)

  1. 車両に固定され、運転者が着座するシートと、
    前記シートに設けられ、車両横方向またはヨー方向に変位可能な可動部位と、
    旋回時に求心加速度またはヨーレイトと逆方向に前記可動部位を変位する制御部と、
    を備えることを特徴とする運転者感覚調整装置。
  2. 前記制御部は、旋回時に求心加速度またはヨーレイトと同一方向に可動部位を変位させる制御パターンと、旋回時に求心加速度またはヨーレイトと逆方向に可動部位を変位させる制御パターンとを選択的に制御可能であり、2つのパターンを連続的に変化させる
    ことを特徴とする請求項1に記載の運転者感覚調整装置。
  3. 前記2つの制御パターンを前記運転者に選択させる選択手段をさらに備え、
    前記制御部は、前記選択手段によって選択された制御パターンで前記可動部位を制御する
    ことを特徴とする請求項2に記載の運転者感覚調整装置。
  4. 前記運転者の身体状態を検出する身体状態検出部をさらに備え、
    前記制御部は、前記身体状態検出部の出力に基づいて前記制御パターンを選択的に、あるいは連続的に切り替える
    ことを特徴とする請求項2または請求項3のいずれか1項に記載の運転者感覚調整装置。
  5. 車両の走行状態を検出する走行状態検出部をさらに備え、
    前記制御部は、前記走行状態検出部の出力に基づいて前記制御パターンを選択的に、あるいは連続的に切り替える
    ことを特徴とする請求項2から請求項4のいずれか1項に記載の運転者感覚調整装置。
  6. 前記可動部位は、前記シート背面の両側に配置された左右1対のサイドサポートであり、前記サイドサポートが前記シートの他の部分に対してヨー方向もしくは車両横方向に変位する
    ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の運転者感覚調整装置。
  7. 前記可動部位は、少なくともシート背面の一部であり、前記少なくともシート背面の一部が、前記シートの他の部分に対してヨー方向もしくは車両横方向に変位する
    ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の運転者感覚調整装置。
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