JP2008225215A - ドライビングシミュレータ用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングホイールの操舵角が略０°のときステアリングホイールの操舵を中断し、ステアリングホイールの操舵角が０°以外の位置へ変位しても、車両の進行方向の直進安定性を確保できるドライビングシミュレータ用操舵装置を提供すること。
【解決手段】ステアリングホイール１０の操舵角を検出する操舵角検出手段２０と、操舵角検出手段２０が検出する操舵角に基づき、ステアリングホイール１０に反力トルクを付与する操舵反力付与手段３０とを備え、操舵角検出手段２０が検出する操舵角に基づき、表示パネル７０に表示する車両の進行方向を制御するドライビングシミュレータ用操舵装置において、操舵角検出手段２０により検出される操舵角が略０°のときステアリングホイール１０の操舵が中断されると、操舵反力付与手段３０により付与される反力トルクが０となる操舵角を直進方向として車両の進行方向を算出することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、ドライビングシミュレータ用操舵装置に関する。

従来から車両の操舵機能を電気的制御システムに置き換えたステアバイワイヤ式操舵装置が知られている。ステアバイワイヤ式操舵装置は、ステアリングホイールと車輪とが機械的にリンクされておらず、ステアリングホイールの操舵角に基づき電気的制御システムが車輪の転舵角を制御する。ステアバイワイヤ式操舵装置は、ステアリングホイールと車輪とが機械的にリンクされた通常の操舵装置と同様の操舵感を確保するため、操舵角、操舵方向等に基づき反力トルクをステアリングホイールに与えている。

ステアリングホイールに付与する反力トルクには、一般にステアリングホイールの操舵方向と逆向きに作用する摩擦反力トルク成分が含まれている。図１は、摩擦反力トルク成分と操舵角及び操舵方向との関係の一例を示した図である。ここで、操舵角は、ステアリングホイールの中立位置を０°とし、右方向を正、左方向を負とする。摩擦反力トルク成分は、図１に示すように、原則として、操舵角には比例せず、ステアリングホイールの操舵方向が右向きのとき左向きに作用し、ステアリングホイールの操舵方向が左向きのとき右向きに作用する。また、摩擦反力トルク成分は、ステアリングホイールの操舵方向が変化するとき、反力の大きさが徐々に変化することにより、ステアリングホイールが異常振動することを防止する。

また、反力トルクには、第２の反力トルク成分が含まれている。図２は、第２の反力トルク成分と操舵角及び操舵方向との関係の一例を示した図である。第２の反力トルク成分は、図２に示すように、ステアリングホールの操舵方向に依存せず、ステアリングホイールの操舵角に比例し、ステアリングホイールの操舵角が右向きのとき左向きに作用し、ステアリングホイールの操舵角が左向きのとき右向きに作用する。

反力トルクは、この摩擦反力トルク成分と第２の反力トルク成分とから構成される。図３は、反力トルクと操舵角及び操舵方向との関係の一例を示した図である。すなわち、図３は、摩擦反力トルク成分と操舵角及び操舵方向との関係を示す図１と、第２の反力トルク成分と操舵角及び操舵方向との関係を示す図２とを重ねた図である。

反力トルクには摩擦反力トルク成分が含まれるため、ステアリングホイールの操舵角が略０°のときにステアリングホイールの操舵を中断すると、ステアリングホイールの操舵角が変位する。例えば、ステアリングホイールの位置が図３のHのときステアリングホイールの操舵を中断すると、ステアリングホイールに右方向の反力トルクが作用するため、ステアリングホイールの位置は、図３のJへ変位する。図３のＪへ変位した後は、反力トルクが０であるため、ステアリングホイールの操舵を再開するまで、図３のＪの位置に止まる。ステアバイワイヤ式操舵装置は、ステアリングホイールの操舵角に基づき電気的制御システムが車輪の転舵角を制御するため、ステアリングホイールの操舵角が０°以外の位置へ変位し止まると、車両が徐々に偏向する。

特許文献１に記載のステアバイワイヤ式操舵装置の操舵反力制御装置は、操舵角に基づき暫定目標摩擦反力トルクを演算し、操舵角の絶対値が小さいほど小さくなるよう操舵角に基づき第１の係数Ｋａを演算し、操舵角速度の絶対値が小さいほど小さくなるよう操舵角速度に基づき第２の係数Ｋｂを演算し、第１の係数Ｋａ及び第２の係数Ｋｂのうちの大きい方の係数と暫定目標摩擦反力トルクとの積を目標摩擦反力トルクとする。この結果、保舵状態における良好な操舵感を確保しつつ、ステアリングホイールの操舵角が０°のときにステアリングホイールの操舵を中断しても、ステアリングホイールの操舵角が０°以外の位置へ変位することを防止できる。
特開２００６−１３７２１５号公報

ドライビングシミュレータ用操舵装置は、ステアバイワイヤ式操舵装置と同様に、ステアリングホイールと車輪とが機械的にリンクされておらず、ステアリングホイールの操舵角に基づきドライビングシミュレータ用表示パネルに表示する車両の進行方向を制御する。また、ドライビングシミュレータ用操舵装置は、ステアバイワイヤ式操舵装置と同様に、操舵感を確保するため、ステアリングホイールの操舵角、操舵方向等に基づき反力トルクをステアリングホイールに与えている。

特許文献１に記載の操舵反力制御装置は、ステアリングホイールの操舵角が０°のときにステアリングホイールの操舵を中断しても、ステアリングホイールの操舵角が０°以外の位置へ変位することを防止できる。また、特許文献１に記載の操舵反力制御装置は、ステアリングホイールの操舵角が０°の近傍にあるときにステアリングホイールの操舵を中断しても、ステアリングホイールの操舵角が変位することを比較的小さくできる。

しかしながら、ステアリングホイールの操舵角が０°になる位置を目視により正確に判断することは困難である。また、ステアリングホイールの操舵角が０°の近傍にあるときステアリングホイールの操舵を中断すると、ステアリングホイールの操舵角が変位する。ドライビングシミュレータ用操舵装置は、ステアリングホイールの操舵角に基づき表示パネルに表示する車両の進行方向を算出するため、ステアリングホイールの操舵角が０°以外の位置へ変位し止まると、車両が徐々に偏向する。特に、車両の速度が大きくなるほど、ステアリングギア比が小さくなるほど、車両が偏向し易くなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ステアリングホイールの操舵角が略０°のときステアリングホイールの操舵を中断し、ステアリングホイールの操舵角が０°以外の位置へ変位しても、車両の進行方向の直進安定性を確保できるドライビングシミュレータ用操舵装置の提供を目的とする。

前記目的を達成するため、第１の発明は、ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
前記操舵角検出手段が検出する前記操舵角に基づき、前記ステアリングホイールに反力トルクを付与する操舵反力付与手段とを備え、
前記操舵角検出手段が検出する前記操舵角に基づき、表示パネルに表示する車両の進行方向を制御するドライビングシミュレータ用操舵装置において、
前記操舵角検出手段により検出される前記操舵角が略０°のとき前記ステアリングホイールの操舵が中断されると、前記操舵反力付与手段により付与される反力トルクが０となる操舵角を直進方向として車両の進行方向を算出することを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明に係るドライビングシミュレータ用操舵装置において、前記操舵反力付与手段は、前記操舵角検出手段により検出される前記操舵角が略０°のとき前記ステアリングホイールの操舵が中断されると、前記操舵反力付与手段により付与される反力トルクが０となる操舵角を基準として前記ステアリングホイールに反力トルクを付与することを特徴とする。

本発明によれば、ステアリングホイールの操舵角が略０°のときステアリングホイールの操舵を中断し、ステアリングホイールの操舵角が０°以外の位置へ変位しても、車両の進行方向の直進安定性を確保できるドライビングシミュレータ用操舵装置が得られる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図４は、本発明に係るドライビングシミュレータ用操舵装置の一実施例の構成を示すブロック図である。本実施例のドライビングシミュレータ用操舵装置は、図４に示すように、ステアリングホイール１０と、ステアリングホイール１０の操舵角を検出する操舵角検出手段２０と、ステアリングホイール１０に反力トルクを付与する反力トルク付与手段３０と、操舵装置ＥＣＵ４０とからなる。以下、各構成について詳説する。

操舵角検出手段２０は、ユーザが操作するステアリングホイール１０の操舵角（以下、操舵角）を検出する。操舵角検出手段２０は、回転角度センサを用いることができる。回転角度センサは、回転する回転軸の角度に比例して抵抗値が変化する可変抵抗器を備え、抵抗値を電圧の電気信号として操舵装置ＥＣＵ４０に送信する。送信された電気信号は、操舵装置ＥＣＵ４０の操舵角・操舵方向算出部４１により操舵角に換算される。また、操舵装置ＥＣＵ４０の操舵角・操舵方向算出部４１は、操舵角を時間微分することにより操舵方向を算出する。

反力トルク付与手段３０は、操舵装置ＥＣＵ４０からの制御信号によりステアリングホイール１０に反力トルクを付与する。反力トルク付与手段３０には、例えば、電動モータ、弾性体、粘性流体を用いることができる。電動モータの場合、電動モータの電流値、電圧値を制御することにより、必要な反力トルクをステアリングホイール１０に付与する。

操舵装置ＥＣＵ４０は、操舵角・操舵方向算出部４１と、転舵角算出部４２と、進行方向算出部４３と、速度・加速度算出部４４と、位置算出部４５と、反力トルク算出部４６とからなる。操舵装置ＥＣＵ４０には、マイクロコンピュータを用いることができる。

転舵角算出部４２は、操舵角算出部４１が算出した操舵角とステアリングギア比から、表示パネル７０に表示する車両の車輪の転舵角（以下、車輪の転舵角）を算出する。ここで、操舵角をθｈとし、ステアリングギア比をＧとすると、車輪の操舵角θ_ＴＹＲＥは、数式１を用いて、算出される。

数式１から明らかなように、操舵角θｈが同じ場合、ステアリングギア比Ｇが小さいほど、車輪の転舵角θ_ＴＹＲＥが大きくなる。尚、ステアリングギア比Ｇは、車両の速度に依存する設定とすることができる。例えば、車両が高速になるほどステアリングギア比を大きくする設定することにより、車両の直進安定性を確保できる。

速度・加速度算出部４４は、アクセルセンサ５０が操舵装置ＥＣＵ４０へ送信するアクセルペダル５１の踏み込み量の電気信号と、ブレーキセンサ６０が操舵装置ＥＣＵ４０へ送信するブレーキペダル６１の踏み込み量の電気信号とから、車両の加速度を算出する。また、速度・加速度算出部４４は、車両の加速度を時間積算することにより車両の速度を算出する。

位置算出部４５は、車両の進行方向及び車両の速度を時間積算することにより車両の位置を算出し、表示パネル７０に表示する車両の位置を算出する。

反力トルク算出部４６は、操舵角・操舵方向算出部４１が算出した操舵角及び操舵方向に基づき、ステアリングホイール１０に付与する反力トルク（以下、反力トルク）を算出する。反力トルク算出部４６による反力トルクの算出は、反力トルクと操舵角及び操舵方向との関係を定めた関係図（図３）を利用する。反力トルクと操舵角及び操舵方向との関係を定めた関係図（図３）は、ドライビングシミュレータ用操舵装置の製造時に、ドライビングシミュレータ用操舵装置ＥＣＵ４０に記録させ、必要に応じて読み出して用いる。反力トルク算出部４６は、この関係図を用いて、操舵角及び操舵方向から反力トルクの値を読み出す。

反力トルクは、摩擦反力トルク成分（図１）と第２の反力トルク成分（図２）とからなる。摩擦反力トルク成分は、ステアリングホイール１０の操舵方向が反転するとき、及びステアリングホイールの操舵が中断されるとき、反力の大きさを弱めながら作用方向を反転する。また、摩擦反力トルク成分は、ステアリングホイールの操舵が開始又は再開されるとき、反力の大きさを徐々に強める。これらの摩擦反力トルク成分の大きさが変化するときの開始点から終了点までの領域を摩擦ゾーンとする。摩擦ゾーンは、例えば、図３のＮからＯ、Ａを経由しＢに至るまで、或いは、図３のＤからＥを経由しＦに至るまで、或いは、図３のＨからＩ、Ｊ、Ｌを経由しＭに至るまでである。摩擦ゾーンにおける摩擦反力トルク成分と操舵角との傾きをＫとし、操舵角をθｈとすると、摩擦反力トルク成分Ｔｋは、数式２を用いて表される。ここで、θｏは、摩擦反力トルク成分Ｔｋが０となる操舵角θｈの値である。

また、第２の反力トルク成分は、操舵方向に依存せず、操舵角に比例し、ステアリングホイール１０の操舵角が右向きのとき左向きに作用し、ステアリングホイール１０の操舵角が左向きのとき右向きに作用する。第２の反力トルク成分と操舵角との傾きをＰとすると、第２の反力トルク成分Ｔｐは、数式３を用いて表される。

反力トルクＴｈは、摩擦反力トルク成分Ｔｋと第２の反力トルク成分Ｔｐとを重ねたものとして、数式４を用いて表される。ここで、θｏは、数式２と同様に、摩擦反力トルク成分Ｔｋが０となる操舵角（以下、摩擦中立角）である。

進行方向算出部４３は、車輪の転舵角から車両の進行方向を算出する。路面を走行する通常の車両では、タイヤに作用する横力がタイヤに作用する摩擦力より大きくなると、タイヤが路面を滑るため、車輪の転舵角と車両の進行方向との間に差が生じる。そこで、進行方向算出部４３による車両の進行方向の算出は、車輪の転舵角からタイヤのスリップ角を差し引いた方向を車両の進行方向とする。尚、本実施例では、操舵角が略０°のときを問題とするため、タイヤに作用する横力がタイヤに作用する摩擦力より小さいときを問題とする。そこで、以下の説明では、説明を簡略化するため、車輪の転舵角を車両の進行方向とする。

本実施例の進行方向算出部４３は、その特徴的な構成として、ステアリングホイール１０の操舵角θｈが略０°のときステアリングホイール１０の操舵が中断されると、操舵反力付与手段３０により付与される反力トルクＴｈが０となる操舵角（以下、残留操舵角）を直進方向として車両の進行方向を算出する。図５は、進行方向算出部４３の動作の一例を示したフローチャート図である。以下、各ステップの動作を、ステアリングホイール１０の操作と対比させながら、説明する。

まず、ステアリングホイール１０を右方向に操舵した場合、つまり図３のＯからＡ、Ｂ、Ｃを経由しＤに至る前の過程の場合について進行方向算出部４３の動作を説明する。

図３のＯは、摩擦ゾーン内にあり（ステップＳ３０１、Ｙｅｓ）、反力トルクＴｈの絶対値及び操舵角θｈの絶対値が、それぞれ閾値Ｔａ（図３）、閾値θａ（図３）より小さい（ステップＳ３０２、Ｙｅｓ）。

この摩擦ゾーン内にあるか否かの判定（ステップＳ３０１）は、反力トルクと操舵角及び操舵方向との関係を定めた関係図（図３）から、摩擦反力トルク成分の大きさが変化しているか否かにより判定する。摩擦反力トルク成分の大きさが変化しているとき、摩擦ゾーン内にあると判定し、摩擦反力トルク成分の大きさが変化していないとき、摩擦ゾーン内にないと判定する。

次に、残留操舵角の値Δθｈを、数式５を用いて算出する（ステップＳ３０３）。数式５は、数式４にＴｈ＝０を代入して変形することにより得られる。尚、説明を簡略化するため、傾きＫ及び傾きＧは定数であると仮定した。

ここで、摩擦中立角θｏは、反力トルクと操舵角及び操舵方向との関係を定めた関係図（図３）から、摩擦反力トルク成分が０となる位置の操舵角を読み出して得る。例えば、図３のＯからＡを経由しＢに至る過程における摩擦中立角θｏは、図３のＯの位置の操舵角θｈである。或いは、図３のＤからＥを経由しＦに至る過程における摩擦中立角θｏは、図３のＥの位置の操舵角θｈである。或いは、図３のＨからＩを経由しＪに至る過程における摩擦中立角θｏは、図３のＬの位置の操舵角θｈである。

図３のＯにおける残留操舵角Δθｈは、図３のＯにおける摩擦中立角θｏが０°であるため、数式５から０°となる。

図３のＯにおける反力トルクＴｈの値及び操舵角θｈの値は、それぞれ閾値０、閾値Δθｈと等しい（ステップＳ３０４、Ｙｅｓ）。そこで、進行方向算出部４３は、数式６を用いて車両の進行方向を算出する（ステップＳ３０７）。

ここで、図３のＯにおける残留操舵角Δθｈは０°である。したがって、進行方向算出部４３は、数式６を用いて、操舵角θｈが０°の位置を基準として車両の進行方向を算出する。

図３のＯを超えＡを経由しＢに至る過程は、摩擦ゾーン内にある（ステップＳ３０８、Ｙｅｓ）。そこで、進行方向算出部４３は、引き続き数式６を用いて、操舵角θｈが０°の位置を基準として車両の進行方向を算出する（ステップＳ３０７）。

図３のＢを超えＣを経由しＤに至る前の過程は、摩擦ゾーン内にない（ステップＳ３０８、Ｎｏ）（ステップＳ３０１、Ｎｏ）。そこで、進行方向算出部４３は、数式１を用いて、操舵角θｈが０°の位置を基準として車両の進行方向を算出する（ステップＳ３０６）。

以上のように、ステアリングホイール１０を右方向に操舵した場合、つまり図３のＯからＡ、Ｂ、Ｃを経由しＤに至る前の過程の場合、進行方向算出部４３は、操舵角θｈが０°の位置を基準として車両の進行方向を算出する。

次に、ステアリングホイール１０を左方向に切り返した場合、つまり図３のＤからＥ、Ｆ、Ｇを経由しＨに至る前の過程の場合について進行方向算出部４３の動作を説明する。

図３のＤからＥを経由しＦに至る過程は、摩擦ゾーン内にあるが（ステップＳ３０１、Ｙｅｓ）、操舵角θｈの絶対値が閾値θａより小さくない（ステップＳ３０２、Ｎｏ）。したがって、進行方向算出部４３は、数式１を用いて、操舵角θｈが０°の位置を基準として車両の進行方向を算出する（ステップＳ３０６）。

図３のＦを超えＧを経由しＨに至る前の過程は、摩擦ゾーン内にない（ステップＳ３０１、Ｎｏ）。そこで、進行方向算出部４３は、数式１を用いて、操舵角θｈが０°の位置を基準として車両の進行方向を算出する（ステップＳ３０６）。

以上のように、ステアリングホイール１０を左方向に切り返した場合、つまり図３のＤを超えＥ、Ｆ、Ｇを経由しＨに至る前の過程の場合、進行方向算出部４３は、操舵角θｈが０°の位置を基準として車両の進行方向を算出する。

最後に、操舵角θｈが０°の位置において操舵を中断した場合、つまり図３のＨからＩを経由しＪに至る過程の場合について進行方向算出部４３の動作を説明する。

図３のＨは、摩擦ゾーン内にあるが（ステップＳ３０１、Ｙｅｓ）、反力トルクＴｈの絶対値が閾値Ｔａより小さくない（ステップＳ３０２、Ｎｏ）。したがって、進行方向算出部４３は、数式１を用いて、操舵角θｈが０°の位置を基準として車両の進行方向を算出する（ステップＳ３０６）。

図３のＩからＪに至る前の過程は、摩擦ゾーン内にあり（ステップＳ３０１、Ｙｅｓ）、反力トルクＴｈの絶対値、操舵角θｈの絶対値がそれぞれ閾値Ｔａ、閾値θａより小さい（ステップＳ３０２、Ｙｅｓ）。そこで、進行方向算出部４３は、数式５を用いて、残留操舵角Δθｈを算出する（ステップＳ３０３）。図３のＩからＪに至る前の過程において、反力トルクＴｈの値、操舵角θｈの値は、それぞれ閾値０、Δθｈと等しくない（ステップＳ３０４、Ｎｏ）。そこで、進行方向算出部４３は、数式７を用いて車両の進行方向を算出する（ステップＳ３０５）。ここで、θｍａｘは、摩擦ゾーン内の操舵角θｈの最大値である。

数式７から明らかなように、進行方向算出部４３は、残留操舵角Δθｈを基準として車両の進行方向を算出する。

ここで、θｍａｘは、反力トルクと操舵角及び操舵方向との関係を定めた関係図（図３）から、摩擦ゾーン内の操舵角θｈの最大値を読み出して得る。例えば、図３のＯからＡを経由しＢに至る過程におけるθｍａｘは、図３のＢの位置の操舵角θｈである。或いは、図３のＤからＥを経由しＦに至る過程におけるθｍａｘは、図３のＤの位置の操舵角θｈである。或いは、図３のＨからＩを経由しＪに至る過程におけるθｍａｘは、図３のＭの位置の操舵角θｈである。

図３のＪは、摩擦ゾーン内にあり（ステップＳ３０１、Ｙｅｓ）、反力トルクＴｈの絶対値、操舵角θｈの絶対値がそれぞれ閾値Ｔａ、閾値θａより小さい（ステップＳ３０２、Ｙｅｓ）。そこで、進行方向算出部４３は、数式５を用いて、残留操舵角Δθｈを算出する（ステップＳ３０３）。図３のＪにおける反力トルクＴｈの値、操舵角θｈの値は、それぞれ閾値０、Δθｈと等しい（ステップＳ３０４、Ｙｅｓ）。そこで、進行方向算出部４３は、数式６を用いて車両の進行方向を算出する（ステップＳ３０７）。数式６から明らかなように、進行方向算出部４３は、残留操舵角Δθｈを基準として車両の進行方向を算出する。

図３のＪでは、反力トルクＴｈが０となる。したがって、ステアリングホイール１０の操作を再開するまで、ステアリングホイール１０は、図３のＪの位置に止まる。ステアリングホイール１０の操作を再開すると、摩擦ゾーン内にあるか否かを判定する（ステップＳ３０８）。摩擦ゾーン内にある間（ステップＳ３０８、Ｙｅｓ）、進行方向算出部４３は、引き続き数式６を用いて、残留操舵角Δθｈを基準として車両の進行方向を算出する（ステップＳ３０７）。その後、摩擦ゾーン内から外れると（ステップＳ３０８、Ｎｏ）、進行方向算出部４３は、改めて数式１を用いて、操舵角θｈが０°の位置を基準として車両の進行方向を算出する（ステップＳ３０６）。

以上のように、本実施例のドライビングシミュレータ用操舵装置は、ステアリングホイール１０の操舵角θｈが略０°のときステアリングホイール１０の操舵が中断されると、操舵反力付与手段３０により付与される反力トルクＴｈが０となる操舵角Δθｈを直進方向として車両の進行方向を算出する。この結果、ステアリングホイール１０の操舵角θｈが略０°のときステアリングホイール１０の操舵を中断し、ステアリングホイール１０の操舵角θｈが０°以外の位置へ変位しても、車両の進行方向の直進安定性を確保できる。

図６は、進行方向算出部４３の動作の別の例を示したフローチャート図である。以下、図５に示す進行方向算出部４３の動作の例と同様に、各ステップの動作を説明するが、図５と同一の動作については同一の符号を付して説明を省略する。

まず、ステアリングホイール１０を右方向に操舵した場合、つまり図３のＯからＡ、Ｂ、Ｃを経由しＤに至る前の過程の場合について進行方向算出部４３の動作を説明する。。

図３のＯは、摩擦ゾーン内にあり（ステップＳ３０１、Ｙｅｓ）、反力トルクＴｈの絶対値及び操舵角θｈの絶対値が、それぞれ閾値Ｔａ、閾値θａより小さい（ステップＳ３０２、Ｙｅｓ）。そこで、進行方向算出部４３は、数式５を用いて残留操舵角Δθｈを算出する（ステップＳ３０３）。ここで、図３のＯにおける摩擦中立角θｏが０°であるため、図３のＯにおける残留操舵角Δθｈも０°となる。次に、車輪の転舵角θ_ＴＹＲＥを補正する第１の補正項Δθ_１を数式８を用いて算出する（ステップＳ４０１）。尚、ｔ_１はステップＳ３０２の動作ステップの判定がＮｏからＹｅｓに変化した時点からの時刻であり、Ｔ_１は時定数である。

図３のＯにおける残留操舵角Δθｈが０°であるため、第１の補正項Δθ_１は０°となる。次に、進行方向算出部４３は、数式９を用いて車両の進行方向を算出する（ステップＳ４０２）。

前述したように、第１の補正項Δθ_１が０°である。したがって、進行方向算出部４３は、数式９を用いて、操舵角θｈが０°の位置を基準として車両の進行方向を算出する。

図３のＯを超えＡを経由しＢに至る過程は、摩擦ゾーン内にある（ステップＳ４０３、Ｙｅｓ）。したがって、進行方向算出部４３は、引き続き数式９を用いて、操舵角θｈが０°の位置を基準として車両の進行方向を算出する（ステップＳ４０２）。

図３のＢを超えると、摩擦ゾーン内にない（ステップＳ４０３、Ｎｏ）。そこで、進行方向算出部４３は、数式１０を用いて車輪の転舵角θ_ＴＹＲＥを補正する第２の補正項Δθ_２を算出する（ステップＳ４０４）。尚、ｔ_２はステップＳ４０３の動作ステップの判定がＹｅｓからＮｏに変化した時からの時刻であり、Ｔ_２は時定数である。

ここで、ステップＳ３０３で算出した残留操舵角Δθｈが０°のままであるため、第２の補正項Δθ_２は０°となる。最後に、進行方向算出部４３は、数式１１を用いて車両の進行方向を算出する（ステップＳ４０５）。

前述したように、第２の補正項Δθ_２が０°である。したがって、進行方向算出部４３は、数式１１を用いて、操舵角θｈが０°の位置を基準として車両の進行方向を算出する。

図３のＢを超えＣを経由しＤに至る前の過程は、摩擦ゾーン内にない（ステップＳ４０６、Ｎｏ）。したがって、進行方向算出部４３は、引き続き数式１１を用いて、操舵角θｈが０°の位置を基準として車両の進行方向を算出する（ステップＳ４０５）。

以上のように、ステアリングホイール１０を右方向に操舵した場合、つまり図３のＯからＡ、Ｂ、Ｃを経由しＤに至る前の過程の場合、進行方向算出部４３は、操舵角θｈが０°の位置を基準として車両の進行方向を算出する。

次に、ステアリングホイール１０を左方向に切り返した場合、つまり図３のＤからＥ、Ｆ、Ｇを経由しＨに至る前の過程の場合について進行方向算出部４３の動作を説明する。

図３のＤからＥを経由しＦに至る過程は、摩擦ゾーン内にあるが（ステップＳ４０６、Ｙｅｓ）（ステップＳ３０１、Ｙｅｓ）、操舵角θｈの絶対値が閾値θａより小さくない（ステップＳ３０２、Ｎｏ）。したがって、進行方向算出部４３は、数式１を用いて、操舵角θｈが０°の位置を基準として車両の進行方向を算出する（ステップＳ３０６）。

図３のＦを超えＧを経由しＨに至る前の過程は、摩擦ゾーン内にない（ステップＳ３０１、Ｎｏ）。したがって、進行方向算出部４３は、数式１を用いて、操舵角θｈが０°の位置を基準として車両の進行方向を算出する（ステップＳ３０６）。

以上のように、ステアリングホイール１０を左方向に切り返した場合、つまり図３のＤからＥ、Ｆ、Ｇを経由しＨに至る前の過程の場合、進行方向算出部４３は、操舵角θｈが０°の位置を基準として車両の進行方向を算出する。

最後に、操舵角θｈが０°の位置において操舵を中断した場合、つまり図３のＨからＩを経由しＪに至る過程の場合について進行方向算出部４３の動作を説明する。

図３のＨは、摩擦ゾーン内にあるが（ステップＳ３０１、Ｙｅｓ）、反力トルクＴｈの絶対値が閾値Ｔａより小さくない（ステップＳ３０２、Ｎｏ）。したがって、進行方向算出部４３は、数式１を用いて、操舵角θｈが０°の位置を基準として車両の進行方向を算出する（ステップＳ３０６）。

図３のＩは、摩擦ゾーン内にあり（ステップＳ３０１、Ｙｅｓ）、反力トルクＴｈの絶対値、操舵角θｈの絶対値がそれぞれ閾値Ｔａ、閾値θａより小さい（ステップＳ３０２、Ｙｅｓ）。そこで、進行方向算出部４３は、数式５を用いて、残留操舵角Δθｈを算出する（ステップＳ３０３）。次に、数式８を用いて第１の補正項Δθ_１を算出する（ステップＳ４０１）。次に、数式９を用いて車両の進行方向を算出する（ステップＳ４０２）。数式９から明らかなように、図３のＩにおいて、進行方向算出部４３は、第１の補正項Δθ_１を基準として車両の進行方向を算出する。

図３のＩからＪに至る過程は、摩擦ゾーン内にある（ステップＳ４０３、Ｙｅｓ）。したがって、進行方向算出部４３は、引き続き数式９を用いて、第１の補正項Δθ_１を基準として車両の進行方向を算出する（ステップＳ４０２）。ここで、十分時間が経過すると、第１の補正項Δθ_１の値が残留操舵角Δθｈに漸近する。したがって、進行方向算出部４３は、十分時間が経過すると、残留操舵角Δθｈを基準として車両の進行方向を算出することになる。

図３のＪでは、反力トルクＴｈが０となる。したがって、ステアリングホイール１０の操作を再開するまで、ステアリングホイール１０は、図３のＪに止まる。ステアリングホイール１０の操作を再開すると、摩擦ゾーン内にあるか否かを判定する（ステップＳ４０３）。摩擦ゾーン内にある間（ステップＳ４０３、Ｙｅｓ）、進行方向算出部４３は、引き続き数式９を用いて、第１の補正項Δθ_１を基準として車両の進行方向を算出する（ステップＳ４０２）。その後、摩擦ゾーン内から外れると（ステップＳ４０３、Ｎｏ）、新たな摩擦ゾーン内に入るまでは（ステップＳ４０６、Ｎｏ）、進行方向算出部４３は、数式１１を用いて、第２の補正項Δθ_２を基準として車両の進行方向を算出する（ステップＳ４０５）。ここで、十分時間が経過すると、第２の補正項Δθ_２の値が０°に漸近する。したがって、進行方向算出部４３は、十分時間が経過すると、操舵角θｈが０°の位置を基準として車両の進行方向を算出することになる。

以上のように、本実施例のドライビングシミュレータ用操舵装置は、ステアリングホイール１０の操舵角θｈが略０°のときステアリングホイール１０の操舵が中断されると、操舵反力付与手段３０により付与される反力トルクＴｈが０となる操舵角Δθｈを直進方向として車両の進行方向を算出する。この結果、ステアリングホイール１０の操舵角θｈが略０°のときステアリングホイール１０の操舵を中断し、ステアリングホイール１０の操舵角θｈが０°以外の位置へ変位しても、車両の進行方向の直進安定性を確保できる。

また、本実施例の反力トルク算出部４６は、その特徴的な構成として、ステアリングホイール１０の操舵角が略０°のときステアリングホイール１０の操舵が中断されると、操舵反力付与手段３０により付与される反力トルクＴｈが０となる操舵角Δθｈを基準としてステアリングホイール１０に付与する反力トルクＴｈを算出する。図７は、反力トルク算出部４６の動作の一例を示したフローチャート図である。以下、各ステップの動作を説明するが、図５と同一の動作については同一の符号を付して説明を省略する。

まず、ステアリングホイール１０を右方向に操舵した場合、つまり図３のＯからＡ、Ｂ、Ｃを経由しＤに至る前の過程の場合について反力トルク算出部４６の動作を説明する。

図３のＯでは、反力トルク算出部４６は、数式１２を用いて反力トルクＴｈを算出する（ステップＳ５０１）。

また、反力トルク算出部４６は、数式１３を用いて摩擦ゾーン内の操舵角θｈの最大値θｍａｘ、及び最小値θｍｉｎを補正する（ステップＳ５０１）。ここで、補正後のθｍａｘをθｍａｘ_２とし、補正後のθｍｉｎをθｍｉｎ_２とする。

図３のＯにおける残留操舵角Δθｈ及び摩擦中立角θｏは０°である。したがって、図３のＯにおいて、反力トルク算出部４６は、実質的にθｍａｘ、θｍｉｎを補正しない。
反力トルク算出部４６は、数式１２及び数式１３を用いて、操舵角θｈが０°の位置を基準として反力トルクを算出する。

図３のＯを超えＡを経由しＢに至る過程では、反力トルク算出部４６は、引き続き数式１２及び数式１３を用いて、操舵角θｈが０°の位置を基準として反力トルクを算出する（ステップＳ５０１）。

図３のＢを超えＣを経由しＤに至る前の過程では、反力トルク算出部４６は、数式４を用いて、操舵角θｈが０°の位置を基準として反力トルクを算出する（ステップＳ３０６）。

以上のように、ステアリングホイール１０を右方向に操舵した場合、つまり図３のＯからＡ、Ｂ、Ｃを経由しＤに至る前の過程の場合、反力トルク算出部４６は、操舵角θｈが０°の位置を基準として反力トルクを算出する。

次に、ステアリングホイール１０を左方向に切り返した場合、つまり図３のＤからＥ、Ｆ、Ｇを経由しＨに至る前の過程の場合について反力トルク算出部４６の動作を説明する。

この過程では、反力トルク算出部４６は、数式４を用いて、操舵角θｈが０°の位置を基準として反力トルクを算出する（ステップＳ３０６）。

最後に、操舵角θｈが０°の位置において操舵を中断した場合、つまり図３のＨからＩを経由しＪに至る過程の場合について反力トルク算出部４６の動作を説明する。

図３のＨでは、反力トルク算出部４６は、数式４を用いて、操舵角θｈが０°の位置を基準として反力トルクを算出する（ステップＳ３０６）。

図３のＩからＪに至る前の過程では、反力トルク算出部４６は、数式１２を用いて、反力トルクＴｈを算出する（ステップＳ５０２）。また、反力トルク算出部４６は、数式１３を用いてθｍａｘ、θｍｉｎを補正する（ステップＳ５０２）。反力トルク算出部４６は、数式１２及び数式１３を用いて、残留操舵角Δθｈを基準として反力トルクを算出する。

図３のＪでは、反力トルク算出部４６は、数式１２を用いて反力トルクを算出する（ステップＳ５０１）。また、反力トルク算出部４６は、数式１３を用いてθｍａｘ、θｍｉｎを補正する（ステップＳ５０１）。反力トルク算出部４６は、数式１２及び数式１３を用いて、残留操舵角Δθｈを基準として反力トルクを算出する。

図３のＪでは、反力トルクＴｈが０となる。したがって、ステアリングホイール１０の操作を再開するまで、ステアリングホイール１０は図３のＪに止まる。ステアリングホイール１０の操作を再開すると、摩擦ゾーン内にあるか否かを判定する（ステップＳ３０８）。ここで、摩擦ゾーン内にあるか否かの判定には、数式１３による補正後のθｍａｘ_２、θｍｉｎ_２を用いる。摩擦ゾーン内にある間（ステップＳ３０８、Ｙｅｓ）、反力トルク算出部４６は、引き続き数式１２及び数式１３を用いて、残留操舵角Δθｈを基準として反力トルクを算出する（ステップＳ５０１）。この結果、ステアリングホイール１０の操舵を再開したとき、ステアリングホイール１０の操舵を開始したときと同一の操舵感が得られる。

その後、摩擦ゾーン内から外れると（ステップＳ３０８、Ｎｏ）、反力トルク算出部４６は、改めて数式４を用いて、操舵角θｈが０°の位置を基準として反力トルクを算出する（ステップＳ３０６）。

以上のように、本実施例のドライビングシミュレータ用操舵装置は、ステアリングホイール１０の操舵角が略０°のときステアリングホイール１０の操舵が中断されると、操舵反力付与手段３０により付与される反力トルクＴｈが０となる操舵角Δθｈを基準としてステアリングホイール１０に反力トルクＴｈを付与する。この結果、ステアリングホイール１０の操舵を再開したとき、ステアリングホイール１０の操舵を開始したときと同一の操舵感が得られる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、本実施例の摩擦反力トルク成分は、摩擦反力トルク成分と操舵角との傾きＫを定数としたが、傾きＫが操舵角、車両の速度、タイヤのスリップ角に依存する設定とできる。また、本実施例の第２の反力トルク成分は、摩擦反力トルク成分と操舵角との傾きＰを定数としたが、傾きＰが操舵角、車両の速度、タイヤのスリップ角に依存する設定とすることができる。この場合、反力トルク算出部４６による反力トルクの算出は、操舵角・操舵方向算出部４１が算出した操舵角θｈ、速度・加速度算出部４４が算出した車両の速度、転舵角算出部４２が算出した車輪の転舵角θ_ＴＹＲＥ、位置算出部４５が算出した車両の位置のデータを用いて行う。

摩擦反力トルク成分と操舵角及び操舵方向との関係の一例を示した図である。 第２の反力トルク成分と操舵角及び操舵方向との関係の一例を示した図である。 反力トルクと操舵角及び操舵方向との関係の一例を示した図である。 本発明に係るドライビングシミュレータ用操舵装置の一実施例の構成を示すブロック図である。 進行方向算出部４３の動作の一例を示したフローチャート図である。 進行方向算出部４３の動作の別の例を示したフローチャート図である。 反力トルク算出部４６の動作の一例を示したフローチャート図である。

符号の説明

１０ ステアリングホイール
２０ 操舵角検出手段
３０ 反力トルク付与手段
４３ 進行方向算出部
４６ 反力トルク算出部

Claims (2)

1. ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   前記操舵角検出手段が検出する前記操舵角に基づき、前記ステアリングホイールに反力トルクを付与する操舵反力付与手段とを備え、
   前記操舵角検出手段が検出する前記操舵角に基づき、表示パネルに表示する車両の進行方向を制御するドライビングシミュレータ用操舵装置において、
   前記操舵角検出手段により検出される前記操舵角が略０°のとき前記ステアリングホイールの操舵が中断されると、前記操舵反力付与手段により付与される反力トルクが０となる操舵角を直進方向として車両の進行方向を算出することを特徴とするドライビングシミュレータ用操舵装置。
2. 前記操舵反力付与手段は、前記操舵角検出手段により検出される前記操舵角が略０°のとき前記ステアリングホイールの操舵が中断されると、前記操舵反力付与手段により付与される反力トルクが０となる操舵角を基準として前記ステアリングホイールに反力トルクを付与する請求項１に記載のドライビングシミュレータ用操舵装置。

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