JP2010058672A - 車両の操舵装置 - Google Patents

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隆 汐見
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トヨタ自動車株式会社
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Abstract

【課題】 車両流れが発生したときに運転者が操舵ハンドルに入力する操作力を適切に低減することができる車両の操舵装置を提供すること。
【解決手段】 電子制御ユニット47は、車輪速センサ41、操舵角センサ42、回転角センサ43、横加速度センサ45およびヨーレートセンサ46から入力した各検出値に基づいて車両が直進走行状態であるか否かを判定する。この判定により、車両が直進走行状態であれば、電子制御ユニット47は、操舵トルクセンサ44によって検出された操舵(保舵)トルクTが、運転者が不快感を覚えるトルクとして予め設定された所定トルクαよりも大きいか否かを判定する。そして、操舵(保舵)トルクTが所定トルクαよりも大きければ、電子制御ユニット47は、操舵(保舵)トルクTが所定トルクα以下となるまで、EPSモータ33を駆動制御してアシスト力をラックバー32に付与する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、運転者によって操作される操舵ハンドルと、この操舵ハンドルに対する操作力を軽減する操作力軽減手段とを備えた車両の操舵装置に関する。
一般的に、車両が走行する路面は、横断面方向に平坦ではなく、両端より中央部が高い横断勾配を有している。そして、この路面横断勾配により、車両が自然に直進方向から横方向にずれる車両流れが発生する場合がある。
このため、発生した車両流れを修正するために、従来から、例えば、下記特許文献1に示す車両制御装置が知られている。この車両制御装置は、車両が直進走行状態であるときに車両の目標走行位置と実走行位置との偏差が縮小するように車輪に横力を付与し、発生した車両流れを修正するようになっている。
特開2006−312421号公報
ところで、車両流れが発生した場合には、運転者は、操舵ハンドルに操作力を入力して操舵したり保舵する。そして、車両流れに対処するために操舵ハンドルに入力する操作力が大きいときには、運転者が不快感を覚える。このため、車両流れが発生したときに操舵ハンドルに入力する操作力を、運転者が不快感を覚えない操作力以下に低減することが望まれている。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両流れが発生したときに運転者が操舵ハンドルに入力する操作力を適切に低減することができる車両の操舵装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、運転者によって操作される操舵ハンドルと、この操舵ハンドルに対する操作力を軽減する操作力軽減手段とを備えた車両の操舵装置において、車両が直進走行状態であるか否かを判定する直進状態判定手段と、前記判定によって車両が直進走行状態であるときに、前記操舵ハンドルに入力された操作力を検出する操作力検出手段と、前記検出された操作力が予め設定された所定の操作力よりも大きいか否かを判定する操作力判定手段と、前記判定によって前記検出された操作力が前記所定の操作力よりも大きいときに、前記操作力軽減手段を作動させて、前記操舵ハンドルに入力される操作力を前記所定の操作力以下とする作動制御手段とを備えたことにある。
この場合、前記操作力判定手段が用いる前記所定の操作力は、車両が走行する国または地域ごとに設定されるとよい。また、前記直進状態判定手段は、前記操舵ハンドルの操作量、車両の左右輪の速度差、車両に発生した横加速度および車両に発生したヨーレートのうちの少なくとも一つの値が予め設定された所定の値以下であるときに、車両が直進走行状態であると判定するとよい。さらに、前記直進状態判定手段は、車両が直線路を走行しているときに、車両が直進走行状態であるか否かを判定するとよい。
これらによれば、車両が直進走行状態であるとき、運転者によって操舵ハンドルに入力された操作力が、運転者が不快感を覚えるとして予め設定された所定の操作力よりも大きいと判定されると、操作力軽減手段を作動させて操作力を所定の操作力以下とすることができる。これにより、車両が直進走行状態であるにもかかわらず車両流れが発生しており、運転者がこの発生した車両流れに対応して操舵ハンドルを操作するときに必要な操作力を適切に低減することができる。したがって、運転者は、直進走行時において操舵ハンドルに対して入力する操作力の大きさに関し、不快感を覚えることがない。
また、運転者が不快感を覚えるとして予め設定される所定の操作力は、車両が走行する国または地域ごとに設定することができる。これにより、実際に運転者が不快感を覚える所定の操作力を、車両の走行環境に合わせてきめ細かく設定することができる。したがって、運転者は、操舵ハンドルに対して入力する操作力の大きさに関し、不快感をより適切に解消することができる。
また、操舵ハンドルの操作量、車両の左右輪の速度差、車両に発生した横加速度および車両に発生したヨーレートのうちの少なくとも一つの値を用いて車両の直進走行状態を判定することにより、車両が直進走行状態であるか否かをより的確に判定することができる。また、車両が直線路を走行しているときに直進走行状態であるか否かを判定することにより、車両が旋回走行しているときには直進走行状態の判定が行われない。これにより、例えば、車両を旋回走行させるために運転者が操作力を操舵ハンドルに入力する場合を排除することができ、直進走行状態にて運転者が操舵ハンドルに入力している操作力をより適切に判定することができる。
また、本発明の他の特徴は、前記操作力判定手段が用いる前記所定の操作力は、運転者によって把持される把持部と、前記操舵ハンドルの操作に伴って同操舵ハンドルのリム部と前記把持部との間のせん断力を検出するとともに前記操舵ハンドルに入力される操作力に変換して出力する操作力変換手段と、運転者による前記操舵ハンドルの操作量を検出する操作量検出手段と、車両が走行する路面の横断面方向における角度を検出する路面角度検出手段と、前記変換された操作力、前記検出された操作量および前記検出された路面の横断面方向における角度をそれぞれ関連付けて記憶する記憶手段とを備えた測定装置を車両に一時的に搭載し、同測定装置によって測定された操作力および前記路面の横断面方向における角度との関係に基づいて設定されることにもある。
これによれば、例えば、運転者によって操作力に関する不快感が報告された場合、上記計測装置を車両に一時的に(後付けで)搭載し、不快感を覚える道路を実際に走行するときに操舵ハンドルに入力する操作力、操作量および路面の横断面方向の角度を計測することができる。この場合、上記計測装置は車両に一時的に(後付けで)搭載することができるため、車両を別途改造する必要がない。そして、このように、不快感が報告される道路にて上記計測装置を用いて操作力などを計測して収集し、この収集した操作力などを解析することにより、運転者が不快感を覚える操作力を特定することができる。これにより、この特定した操作力を所定の操作力として設定して判定に用いることによって、より好適に操作力の判定を行うことができる。したがって、運転者が発生した車両流れに対応して操舵ハンドルを操作するときに必要な操作力をより適切に低減することができ、運転者は操舵ハンドルに対して入力する操作力の大きさに関して不快感を覚えることがない。
また、本発明の他の特徴は、上記車両の操舵装置が、さらに、前記直進状態判定手段によって前記車両が直進走行状態にあると判定されたときに、車両の目標走行位置を設定する目標位置設定手段と、車両の実走行位置を検出する位置検出手段と、車両の車輪に横力を発生させることにより、車両の走行位置を修正する走行位置修正手段と、前記目標走行位置と前記実走行位置との間の偏差量を縮小するように前記走行位置修正手段を制御する制御手段とを備えたことにもある。
この場合、前記制御手段は、前記目標走行位置と前記実走行位置との間の偏差量が予め設定された所定の基準偏差量よりも大きいときに、前記目標走行位置と前記実走行位置との間の偏差量を縮小するように前記走行位置修正手段を制御するとよい。また、前記制御手段は、前記目標走行位置と前記実走行位置との間の偏差量に応じて前記車輪に発生させる目標横力を算出するとともに、この目標横力に基づいて前記走行位置修正手段を制御するとよい。
これらによれば、車両が直進走行状態であると判定されたときに、車両の目標走行位置と実走行位置との偏差量が縮小するように車輪に横力を発生させることができる。これにより、車両の走行位置を修正することができて車両流れを適切に抑制することができるとともに、運転者が操舵ハンドルに対して入力する操作力も低減することができ、不快感を覚えることがない。
以下、本発明の実施形態に係る車両の操舵装置について図面を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る車両の操舵装置が搭載された車両を概略的に示している。
この車両の操舵装置は、運転者によって回動操作される操舵ハンドル11を備えている。操舵ハンドル11は、操舵入力軸12の上端に固定されており、操舵入力軸12の下端は、可変ギア比アクチュエータ20に接続されている。可変ギア比アクチュエータ20は、電動モータ21(以下、この電動モータをVGRSモータ21という)および減速機22を備えており、操舵入力軸12の回転量(または回転角)に対して、減速機22に接続された転舵出力軸13の回転量(または回転角)を適宜変更するものである。
VGRSモータ21は、そのモータハウジングが操舵入力軸12と一体的に接続されており、運転者による操舵ハンドル11の回動操作に従って一体的に回転するようになっている。また、VGRSモータ21の駆動シャフト21aは減速機22に接続されており、VGRSモータ21の回転力が駆動シャフト21aを介して減速機22に伝達されるようになっている。減速機22は、周知のギア機構によって構成されており、転舵出力軸13はこのギア機構に接続されている。
これにより、減速機22は、VGRSモータ21の回転力が駆動シャフト21aを介して伝達されると、周知のギア機構によって駆動シャフト21aの回転を適宜減速して転舵出力軸13に回転を伝達することができる。したがって、可変ギア比アクチュエータ20は、VGRSモータ21の駆動シャフト21aを介して、操舵入力軸12と転舵出力軸13とを相対回転可能に連結しており、減速機22によって操舵入力軸12の回転量(または回転角)に対する転舵出力軸13の回転量(または回転角)の比、すなわち、操舵入力軸12から転舵出力軸13への回転の伝達比(ギア比)を適宜変更することができる。
また、車両の操舵装置は、転舵出力軸13の下端に接続された転舵ギアユニット30を備えている。転舵ギアユニット30は、例えば、ラックアンドピニオン式を採用したギアユニットであり、転舵出力軸13の下端に一体的に組み付けられたピニオンギア31の回転がラックバー32に伝達されるようになっている。また、転舵ギアユニット30には、運転者によって操舵ハンドル11に入力される操作力(操舵(保舵)トルク)を軽減するための、操作力軽減手段としての電動モータ33(以下、この電動モータをEPSモータ33という)が設けられており、EPSモータ33の発生するアシスト力(トルク)がラックバー32に伝達されるようになっている。
この構成により、転舵出力軸13の回転力がピニオンギア31を介してラックバー32に伝達されるとともに、EPSモータ33のアシスト力がラックバー32に伝達される。これにより、ラックバー32は、ピニオンギア31からの回転力およびEPSモータ33のアシスト力によって軸線方向に変位する。したがって、ラックバー32の両端に接続された転舵輪としての左右前輪FW1,FW2は、左右に転舵されるようになっている。
次に、上述した可変ギア比アクチュエータ20(詳しくは、VGRSモータ21)および転舵ギアユニット30(詳しくは、EPSモータ33)の作動を制御する制御手段としての電気制御装置40について説明する。電気制御装置40は、車輪速センサ41a〜41d(以下、まとめて単に車輪速センサ41ともいう)、操舵角センサ42、回転角センサ43、操舵トルクセンサ44、横加速度センサ45およびヨーレートセンサ46を備えている。
車輪速センサ41a〜41dは、図示を省略するが、車両の前後左右輪に設けられて、各輪の車輪速度Wvfl,Wvfr,Wvrl,Wvrr(以下、まとめて単に車輪速度Wvともいう)を検出して出力する。操舵角センサ42は、操舵ハンドル11の回転量すなわち操舵入力軸12の回転量を検出して操舵角θとして出力する。回転角センサ43は、VGRSモータ21の駆動シャフト21aの回転量を検出して回転角Θとして出力する。操舵トルクセンサ44は、操舵ハンドル11すなわち操舵入力軸12に入力された回転操作力を検出して操舵(保舵)トルクTとして出力する。なお、操舵角θ、回転角Θおよび操舵(保舵)トルクTは、中立位置を「0」とし、左方向の回転を正の値で表すとともに、右方向の回転を負の値で表す。横加速度センサ45は、車両の横加速度Gを検出して出力する。ヨーレートセンサ46は、車両のヨーレートγを検出して出力する。なお、横加速度G、ヨーレートγも、左方向の加速度およびヨーレートを正の値で表わし、右方向の加速度およびヨーレートを負の値で表わす。
また、これらの各センサ41〜46は、電子制御ユニット47に接続されている。電子制御ユニット47は、CPU、ROM、RAM、タイマなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするもので、後述するプログラムを含む各種プログラムを実行することにより、VGRSモータ21およびEPSモータ33の作動を制御する。このため、電子制御ユニット47の出力側には、VGRSモータ21とEPSモータ33とを回転駆動させるための駆動回路48,49が接続されている。駆動回路48,49内には、それぞれ、VGRSモータ21とEPSモータ33とに流れる駆動電流を検出するための電流検出器48a,49aが設けられている。そして、電流検出器48a,49aによって検出されたそれぞれの駆動電流は、VGRSモータ21およびEPSモータ33の回転駆動を制御するために、電子制御ユニット47にフィードバックされている。
また、車両には、ナビゲーション装置50が搭載されている。ナビゲーション装置50は、ユーザが設定した目的地までの経路を探索して案内する経路案内機能を備えている。このため、ナビゲーション装置50は、図2に示すように、ナビゲーション電子制御ユニット51(以下、単にナビゲーションECU51という)と、このナビゲーションECU51に接続されるGPS(Global Positioning System)受信機52、ジャイロスコープ53および記憶装置54とで構成されている。
ナビゲーションECU51も、CPU、ROM、RAM、タイマなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品としており、各種プログラムを実行してナビゲーション装置50の作動を制御する。そして、ナビゲーションECU51は、車輪速センサ41と接続されるとともに、車両内に構築された通信回線A(例えば、CAN(Controller Area Network)など)を介して、電子制御ユニット47と互いに通信可能とされている。GPS受信機52は、自車両の現在位置を検出するための電波を衛星から受信し、検出した自車両の現在位置を例えば座標データとして出力する。ジャイロスコープ53は、自車両の進行方向を検出するための車両の旋回速度を検出して出力する。
記憶装置54は、ハードディスク、CD、DVDなどの記憶媒体およびこれらの記憶媒体のドライブ装置を含んで構成されている。この記憶装置54は、ナビゲーションECU51によって実行される各種プログラムを記憶するとともに、全国に存在する道路の位置を表す地図データ、高速道路や国道、県道などの道路種別を表す道路種別データ、車線数やカーブ半径、道路勾配などの道路形状を表す道路形状データを互いに関連付けて記憶している。
さらに、電子制御ユニット47には、車両前方の風景を撮像するカメラを備えて画像データを取得する画像処理装置60が通信回線Aを介して接続されている。この画像処理装置60は、車両のフロントウィンドウ上部(例えば、バックミラーの裏側)などに前方を向いて設置されたカメラによって撮像された車両前方の風景の画像データに対して、画像処理および演算処理などを施すことにより道路パラメータを求め、電子制御ユニット47に出力する。ここで、道路パラメータとしては、例えば、車線幅、車両の車線中央からの横位置(以下の説明においては、単に横位置という)、カメラの車線に対するヨー角およびカメラのピッチ角などである。
次に、直進走行状態にある車両に発生する車両流れを修正する車両流れ修正制御について説明する。車両流れ修正制御を行うにあたり、電子制御ユニット47は、図3に示す車両流れ修正制御プログラムを実行する。以下、この車両流れ修正制御プログラムを詳細に説明する。
運転者によって図示しないイグニッションスイッチがオン状態とされると、電子制御ユニット47は、ステップS10にて車両流れ制御プログラムの実行を開始する。そして、電子制御ユニット47は、ステップS11にて、車輪速センサ41から各輪の車輪速度Wvfl,Wvfr,Wvrl,Wvrr、操舵角センサ42から操舵ハンドル11の操舵角θ、回転角センサ43からVGRSモータ21の駆動シャフト21aの回転角Θ、横加速度センサ45から車両の横加速度G、および、ヨーレートセンサ46から車両のヨーレートγを入力する。なお、電子制御ユニット47は、車輪速センサ41から入力した各輪の車輪速度Wvfl,Wvfr,Wvrl,Wvrrを用いて、周知の方法により車両の車速Vを算出する。また、電子制御ユニット47は、ナビゲーション装置50のナビゲーションECU51から現在車両が走行している道路の道路形状データおよび車両の進行方向を表す進行方向情報を入力するとともに、画像処理装置60から道路パラメータを入力する。
続くステップS12においては、電子制御ユニット47は、現在車両が直進走行状態にあるか否かを判定する。以下、この直進走行状態の判定について詳細に説明する。
車両の直進走行状態の判定にあたり、電子制御ユニット47は、まず、現在の車両の車速Vが直進走行状態を判定するために予め設定された所定の車速Voよりも大きいか否かを判定する。すなわち、電子制御ユニット47は、前記ステップS11にて算出した現在の車両の車速Vが所定の車速Voよりも大きいときに車両の直進走行状態を判定する。このため、現在の車両の車速Vが所定の車速Vo以下であれば、電子制御ユニット47はステップS12にて「No」と判定してステップS21に進み、このプログラムの実行を一旦終了する。そして、所定の短い時間の経過後、再び、電子制御ユニット47は、ステップS10にて車両流れ修正制御プログラムを実行を開始する。
次に、現在の車両の車速Vが所定の車速Voよりも大きければ、電子制御ユニット47は、前記ステップS11にてナビゲーションECU51から入力した道路の道路形状データに基づき、車両が走行している道路が直線路であるか否かを判定する。この判定において、電子制御ユニット47は、現在、車両が走行している道路が直線路でなければ、ステップS12にて「No」と判定してステップS21に進み、このプログラムの実行を一旦終了する。そして、所定の短い時間の経過後、再び、電子制御ユニット47は、ステップS10にて車両流れ修正制御プログラムを実行を開始する。
このように、現在、車両が直線路を走行していると判定した状態で、電子制御ユニット47は、前記ステップS11にて各センサ41〜43,45,46から入力した各輪の車輪速度Wvに基づく左右輪の速度差、操舵角θ、回転角Θ、横加速度Gおよびヨーレートγを用いて、車両が直進走行状態にあるか否かを判定する。具体的に説明すると、電子制御ユニット47は、左右輪の速度差の絶対値、操舵角θの絶対値、回転角Θの絶対値、横加速度Gの絶対値およびヨーレートγの絶対値が、車両の直進状態を判定するために予め設定された所定の時間以上にわたり、予め設定された所定値以下の状態が継続していれば、車両が直進走行状態にあるため、「Yes」と判定してステップS13以降の各ステップ処理を実行する。
一方、前記各絶対値が所定値以下となる時間が所定の時間未満であるとき、または、前記各絶対値が所定値よりも大きいときには、電子制御ユニット47は「No」と判定してステップS21に進み、このプログラムの実行を一旦終了する。そして、所定の短い時間の経過後、再び、電子制御ユニット47は、ステップS10にて車両流れ修正制御プログラムを実行を開始する。
ステップS13〜ステップS16の各ステップ処理は、実際に車両に発生した車両流れを修正するための処理である。一方、ステップS17〜ステップS19の各ステップ処理は、車両流れを修正するために運転者が操舵ハンドル11に入力する操舵(保舵)トルクTを低減するための処理である。そして、これらの車両流れを修正するための処理と操舵(保舵)トルクTを低減するための処理は、並列的に実行されるものである。このため、以下の説明においては、まず、車両流れを修正するための処理すなわちステップS13〜ステップS16の各ステップ処理から説明する。
ステップS13においては、電子制御ユニット47は、前記ステップS11にて画像処理装置60から入力した道路パラメータのうち、特に、車両の横位置を用いて、直進走行状態にある車両の走行車線内における位置を特定し、この特定した位置(以下、この特定した位置を特定位置という)から車両流れがなく予め設定された所定距離Lだけ走行する場合の位置を演算する。そして、電子制御ユニット47は、この演算した位置を目標走行位置に設定してステップS14に進む。
ステップS14においては、電子制御ユニット47は、前記ステップS11にて画像処理装置60から入力した道路パラメータのうち、特に、カメラの車線に対するヨー角およびカメラのピッチ角とナビゲーションECU51から入力した進行方向情報とを用いて、車両が直線路を特定位置から所定距離Lだけ走行した場合の実際の位置(以下、この実際の位置を実走行位置という)を演算する。そして、電子制御ユニット47は、目標走行位置と実走行位置との偏差量δ(絶対値)を算出し、ステップS15に進む。
ステップS15においては、電子制御ユニット47は、前記ステップS14にて算出した偏差量δが車両流れの発生を判定するために予め設定された基準偏差量としての直線係数βよりも大きいか否かを判定する。すなわち、電子制御ユニット47は、偏差量δが直線係数βよりも大きければ、車両流れが発生しているため、「Yes」と判定してステップS16に進む。一方、偏差量δが直線係数β以下であれば、車両流れが発生していないため、電子制御ユニット47は「No」と判定してステップS21に進み、このプログラムの実行を一旦終了する。そして、所定の短い時間の経過後、再び、電子制御ユニット47は、ステップS10にて車両流れ修正制御プログラムを実行を開始する。
ステップS16においては、電子制御ユニット47は、車両流れによる目標走行位置と実走行位置との偏差量δを減少させる(修正する)ため、転舵輪としての左右前輪FW1,FW2が偏差量δに応じて発生すべき目標横力を算出する。すなわち、電子制御ユニット47は、車両が所定距離Lだけ走行する間に、車両を実走行位置から目標走行位置まで移動させるために必要な目標横力を、例えば、車種ごとに予め設定される偏差量δと横力の関係に基づいて算出する。
ここで、左右前輪FW1,FW2(転舵輪)が発生する横力は、左右前輪FW1,FW2の進行方向、具体的には、車両の直進方向と、左右前輪FW1,FW2の回転面、言い換えれば、左右前輪FW1,FW2の転舵方向とがなす角、すなわち、横滑り角に依存する。このため、電子制御ユニット47は、直進走行状態にある車両の左右前輪FW1,FW2が算出した目標横力を発生するために必要な横滑り角、言い換えれば、左右前輪FW1,FW2の目標転舵角Sを算出する。そして、電子制御ユニット47は、目標横力、すなわち、目標転舵角Sを算出すると、ステップS20に進む。
一方、電子制御ユニット47は、前記ステップS12にて車両が直進走行状態にあると判定すると、ステップS17〜ステップS19における操舵(保舵)トルクTを低減するための処理を実行する。
ステップS17においては、電子制御ユニット47は、操舵トルクセンサ44から車両が直進走行状態にあるときに操舵ハンドル11に対して入力された操作力としての操舵(保舵)トルクTを入力する。なお、この場合、操舵トルクセンサ44から操舵(保舵)トルクTを入力することに代えて、例えば、図4に示すように、駆動回路49に設けられた電流検出器49aによって検出される駆動電流に対応してEPSモータ33が発生しているアシスト力の大きさに基づいて、電子制御ユニット47が運転者によって操舵ハンドル11に入力されている操舵(保舵)トルクTを推定するように実施することも可能である。また、駆動回路48に設けられた電流検出器48aによって検出されるVGRSモータ21の駆動電流から操舵入力軸12と転舵出力軸13との間で発生するトルク差を求めて操舵(保舵)トルクTを推定するように実施することも可能である。そして、電子制御ユニット47は、車両が直進走行状態にあるときに、操舵ハンドル11に入力された操舵(保舵)トルクTを入力すると、ステップS18に進む。
ステップS18においては、電子制御ユニット47は、前記ステップS17にて入力した操舵(保舵)トルクTが、運転者によって不快感を覚えるトルクの大きさとして予め設定された所定の操作力としての所定トルクαよりも大きいか否かを判定する。すなわち、電子制御ユニット47は、操舵(保舵)トルクTが所定トルクαよりも大きければ、車両が直進走行状態であるにもかかわらず運転者が操舵ハンドル11に対してある程度大きな操舵(保舵)トルクTを入力して操舵または保舵しなければならない状態、言い換えれば、不快感を覚える状態であるため、「Yes」と判定してステップS19に進む。
一方、操舵(保舵)トルクTが所定トルクα以下であれば、車両の直進走行状態に合わせて運転者が操舵ハンドル11に対して小さな操舵(保舵)トルクTを入力するのみで操舵または保舵できる状態、言い換えれば、不快感を覚えない状態であるため、「No」と判定する。すなわち、この場合には、操舵(保舵)トルクTが十分に小さいため、低減する必要がない。したがって、電子制御ユニット47は、ステップS21に進んで、このプログラムの実行を一旦終了する。そして、所定の短い時間の経過後、再び、電子制御ユニット47は、ステップS10にて車両流れ修正制御プログラムを実行を開始する。
ところで、車両が直進走行状態にあるときに発生した車両流れに抗して操舵ハンドル11を操舵または保舵する際に、運転者が不快感を覚えるトルクの大きさは路面横断勾配に依存すると考えられる。そして、この路面横断勾配は、国や地域によって異なる可能性がある。したがって、所定トルクαの大きさは、車両が走行する国や地域ごとに設定されることが望ましい。しかしながら、車両が走行する国や地域の全道路の路面横断勾配を事前に把握して所定トルクαの大きさを個別に設定しておくことは極めて困難である。
このため、初期において妥当な大きさの所定トルクαを予め設定しておき、その後、それぞれの国や地域にて、車両流れに抗して操舵ハンドル11を操舵または保舵する運転者が不快感を覚える実際の道路における操舵(保舵)トルクを測定し、この測定した操舵(保舵)トルクを所定トルクαの大きさに反映させることが現実的である。なお、このような操舵(保舵)トルクの測定に際しては、この測定に合わせて車両を改造することなく実施できることが望ましい。
この場合、従来から、例えば、特開平9−21709号公報や特開平9−210816号公報に示されているようなトルク計測方法や測定装置を用いてトルクを測定し、所定トルクαを設定することも可能である。しかしながら、これら従来の計測方法や測定装置を車両に搭載する際には、車両を改造する必要があり、所定トルクαを設定するためのトルクの計測に用いることは現実的ではない。
このため、所定トルクαの大きさを国や地域ごとに設定するために、図5に示す簡易的なトルク測定器100を用い、実際の道路を走行して操舵(保舵)トルクを測定する。このトルク測定器100は、操舵(保舵)トルクの測定時に一時的に車両に搭載できるように構成されている。
具体的に説明すると、トルク測定器100は、操舵ハンドル11のスポーク部に固定されて一体的に回転する棒状の本体部101と、操舵ハンドル11のリム部に運転者が把持できるように組み付けられて本体部101の端部に接続された把持部102と、操舵ハンドル11のリム部(または本体部101)と把持部102との間のせん断力を計測するせん断力センサ103と、本体部101(操舵ハンドル11)の回転角(操舵角)を計測する回転角センサ104とを備えている。
また、トルク測定器100は、測定時に車室内に設置されて、鉛直方向に対する車両の水平方向の角度(路面の横断勾配(傾斜角度)に相当)を検出する車体角度計105を備えるとともに、せん断力センサ103、回転角センサ104および車体角度計105によって検出されたせん断力F、回転角Aおよび車体角度Bを記録するデータ記録装置106を備えている。ここで、データ記録装置106は、せん断力Fを記録する際に、このせん断力Fを操舵ハンドル11の中心から把持部102までの距離lで除することによって算出されるトルクCすなわち操舵(保舵)トルクをも記録するようになっている。
次に、このトルク測定器100を用いた操舵(保舵)トルクの測定を説明する。操舵(保舵)トルクを測定するにあたっては、トルク測定器100を車両に対して一時的に後付けする。具体的には、トルク測定器100の本体部101を操舵ハンドル11のスポーク部に一体的に固定し、把持部102およびせん断力センサ103を操舵ハンドル11のリム部に巻きつくように組み付ける。また、トルク測定器100の車体角度計105およびデータ記録装置106を車室内に固定して設置する。そして、トルク測定器100を取り付けた車両を基準とする道路(平坦部)に移動させ、回転角センサ104および車体角度計105の角度を較正する。
次に、例えば、車両を所有する運転者によって車両流れの発生に伴って操舵ハンドル11を操舵または保舵する際に不快感を覚えると指摘された道路を、トルク測定器100を取り付けた車両で走行する。このとき、運転者は、トルク測定器100の把持部102を把持した状態で走行する。これにより、指摘された道路を走行する際に、運転者が操舵ハンドル11を操舵または保舵するために入力するせん断力Fがせん断力センサ103によって検出され、この検出されたせん断力FおよびトルクCすなわち操舵(保舵)トルクがデータ記録装置106に記録される。また、同時に、回転角センサ104によって検出された本体部101(操舵ハンドル11)の回転角A(操舵角)および車体角度計105によって検出された車体角度B(路面の傾斜角度)もデータ記録装置106に記録される。
次に、指摘された道路を走行した後、車両からトルク測定器100を取り外す。そして、データ記録装置106に記録された各検出値を用いることにより、図6に示すように、車両流れに関し、路面の傾斜角度の変化に対する操舵ハンドル11の操舵角の変化、および、路面の傾斜角度の変化に対する操舵(保舵)トルクの変化を収集することができる。
そして、このような路面の傾斜角度の変化に対する操舵(保舵)トルクの変化をトルク測定器100を用いて複数の車両で複数の道路を走行して測定し、統計的な解析を行うことにより、運転者が操舵ハンドル11を操舵または保舵する際に不快感を覚える操舵(保舵)トルクの領域を適切に把握することができる。したがって、このようなトルク測定器100を用いた測定を各国や地域で実施することによって、国や地域ごとに応じた所定トルクαを適切に設定することができ、このように設定される所定トルクαを用いることによって運転者が不快感を覚える操舵(保舵)トルクTを適切に判定することができる。
再び、車両流れ修正制御プログラムの説明に戻り、電子制御ユニット47は、前記ステップS18にて、操舵(保舵)トルクTが所定トルクαよりも大きく「Yes」と判定すると、ステップS19に進む。ステップS19においては、電子制御ユニット47は、運転者によって操舵ハンドル11に入力されている操舵(保舵)トルクTが所定トルクα以下となるように、EPSモータ33を駆動させるための制御指令値を設定する。具体的には、電子制御ユニット47は、操舵ハンドル11に入力されている操舵(保舵)トルクTが所定トルクα以下となるように、EPSモータ33にアシスト力を発生させるための駆動電流Iを設定する。そして、電子制御ユニット47は、EPSモータ33に対する駆動電流Iを設定するとステップS20に進む。
ステップS20においては、電子制御ユニット47は、前記ステップS16にて算出した左右前輪FW1,FW2の目標転舵角Sに基づいてVGRSモータ21を駆動させ、前記ステップS19にて設定した駆動電流Iに基づいてEPSモータ33を駆動させる。具体的にVGRSモータ21の駆動から説明すると、まず、電子制御ユニット47は、算出した目標転舵角Sを実現するためのVGRSモータ21の目標回転量(すなわち駆動シャフト21aの目標回転角Θd)を、転舵ギアユニット30におけるギア比を用いて決定する。
そして、電子制御ユニット47は、回転角センサ43によって検出されるVGRSモータ21の駆動シャフト21aの回転角Θに基づき、駆動回路48を介して、駆動シャフト21aが目標回転角ΘdとなるまでVGRSモータ21を回転駆動させる。これにより、左右前輪FW1,FW2が目標転舵角Sまで転舵して目標横力を発生し、車両流れを修正することができる。なお、このVGRSモータ21を回転駆動させるときには、この回転駆動に伴う反力が操舵ハンドル11に伝達されないように、電子制御ユニット47は、EPSモータ33によるアシスト力を付与する。
また、電子制御ユニット47は、上述したVGRSモータ21の回転駆動に伴うEPSモータ33の回転駆動に加えて、前記ステップS19にて設定した駆動電流IがEPSモータ33に流れるように駆動回路49を制御する。すなわち、電子制御ユニット47は、駆動回路49に設けられた電流検出器49aによって検出される駆動電流に基づき、EPSモータ33に駆動電流Iが流れるように制御する。これにより、運転者が操舵ハンドル11を操舵または保舵するために入力する操舵(保舵)トルクTを所定トルクα以下とすることができ、操舵ハンドル11の操舵または保舵に関して運転者が不快感を覚えることがない。
以上の説明からも理解できるように、この実施形態によれば、電子制御ユニット47が、車両が直進走行状態であるとき、運転者によって操舵ハンドル11に入力された操舵(保舵)トルクTを運転者が不快感を覚えるとして予め設定された所定トルクαよりも大きいと判定すると、EPSモータ33を作動させて操舵(保舵)トルクTを所定トルクα以下とすることができる。これにより、車両が直進走行状態であるにもかかわらず車両流れが発生しており、運転者がこの発生した車両流れに対応して操舵ハンドル11を操作するときに必要な操舵(保舵)トルクTを適切に低減することができる。したがって、運転者は、直進走行時において操舵ハンドル11に対して入力する操舵(保舵)トルクTの大きさに関し、不快感を覚えることがない。
また、運転者が不快感を覚えるとして予め設定される所定トルクαは、車両が走行する国または地域ごとに設定することができる。これにより、実際に運転者が不快感を覚える所定トルクαを、車両の走行環境に合わせてきめ細かく設定することができる。したがって、運転者は、操舵ハンドル11に対して入力する操舵(保舵)トルクTの大きさに関し、不快感をより適切に解消することができる。
また、電子制御ユニット47が、操舵ハンドル11の操舵角θ、各輪の車輪速度Wvfl,Wvfr,Wvrl,Wvrrに基づく左右輪の速度差、横加速度Gおよびヨーレートγの絶対値を用いて車両の直進走行状態を判定することにより、車両が直進走行状態であるか否かをより的確に判定することができる。また、車両が直線路を走行しているときに直進走行状態であるか否かを判定することにより、電子制御ユニット47は車両が旋回走行しているときには直進走行状態の判定が行わない。これにより、例えば、車両を旋回走行させるために運転者が操舵トルクTを操舵ハンドル11に入力する場合を排除することができ、直進走行状態にて運転者が操舵ハンドル11に入力している操舵(保舵)トルクTをより適切に判定することができる。
さらに、電子制御ユニット47は、車両が直進走行状態であると判定したときに、車両の目標走行位置と実走行位置との偏差量δが縮小するように左右前輪FW1,FW2に目標横力を発生させることができる。これにより、車両の走行位置を修正することができて車両流れを適切に抑制することができるとともに、運転者が操舵ハンドル11に対して入力する操舵(保舵)トルクTも低減することができ、不快感を覚えることがない。
上記実施形態においては、車両の操舵装置が可変ギア比アクチュエータ20を備えていて、操舵ハンドル11に接続される操舵入力軸12と転舵ギアユニット30に接続される転舵出力軸13とが相対回転可能として実施した。そして、車両流れを修正するときには、VGRSモータ21を回転駆動させて左右前輪FW1,FW2のみを目標転舵角Sに転舵させるとともにEPSモータ33を回転駆動させて操舵ハンドル11に入力される操舵(保舵)トルクTを低減するように実施した。
しかし、操舵ハンドル11と転舵ギアユニット30とが相対回転不能なステアリングシャフトによって連結された車両においては、車両流れが発生している状況では、運転者自身が操舵ハンドル11に操舵トルクTを入力して回動操作し、その後操舵ハンドル11を保舵操作する必要がある。すなわち、このような車両の操舵装置においては、上記実施形態の場合に比して、運転者が操舵ハンドル11を回動操作する頻度が高く、操舵ハンドル11の操舵または保舵に関する不快感をより覚えやすい。
そこで、このような可変ギア比アクチュエータ20を有していない車両の操舵装置の場合には、上記実施形態で説明した車両流れ修正制御プログラムのステップS13〜ステップS16を省略して実施することにより、操舵ハンドル11の操舵または保舵に関する不快感を解消することができる。なお、この場合、可変ギア比アクチュエータ20が省略されることに伴って回転角センサ43が省略されるため、車両流れ修正制御プログラムの実行に際しても回転角センサ43によって検出される回転角Θが省略されることはいうまでもない。
具体的にこの変形例を説明すると、電子制御ユニット47は、上記実施形態と同様に、前記ステップS10〜ステップS12の各ステップ処理を実行し、ステップS12にて車両が直進走行状態にあれば「Yes」と判定してステップS17に進む。そして、ステップS17にて、運転者が車両流れを修正するために操舵ハンドル11に入力している操舵(保舵)トルクTを入力し、ステップS18にてこの入力した操舵(保舵)トルクTが所定トルクαよりも大きいか否かを判定する。この判定により、操舵(保舵)トルクTが所定トルクαよりも大きければ、「Yes」判定に基づきステップS19に進み、上実施形態と同様に、EPSモータ33にアシスト力を発生させるための駆動電流Iを設定する。
そして、ステップS20にて、電子制御ユニット47は、駆動回路49を介してEPSモータ33に駆動電流Iを供給し、運転者が操舵ハンドル11に入力している操舵(保舵)トルクTが所定トルクα以下となるようにEPSモータ33を回転駆動させる。したがって、可変ギア比アクチュエータ20を有していない車両の操舵装置であっても、操舵ハンドル11の操舵または保舵に関する不快感を解消することができる。
本発明の実施にあたっては、上記実施形態および変形例に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
例えば、上記実施形態においては、車両流れ修正制御プログラムのステップS12にて、電子制御ユニット47は、左右輪の速度差の絶対値、操舵角θの絶対値、回転角Θの絶対値、横加速度Gの絶対値およびヨーレートγの絶対値が、車両の直進状態を判定するために予め設定された所定の時間以上にわたり、予め設定された所定値以下の状態が継続していれば、車両が直進走行状態にあると判定するように実施した。この場合、例えば、左右輪の速度差の絶対値、操舵角θの絶対値、回転角Θの絶対値、横加速度Gの絶対値およびヨーレートγの絶対値のうちの少なくとも一つが、車両の直進状態を判定するために予め設定された所定の時間以上にわたり、予め設定された所定値以下の状態が継続していれば、車両が直進走行状態にあると判定するように簡略化して実施することも可能である。また、この直進走行状態の判定においては、例えば、操舵ハンドル11の操舵角θを時間微分した操舵角速度を用いて判定することも可能である。
また、上記実施形態および変形例においては、転舵ギアユニット30に操作力軽減手段として電気的に制御されるEPSモータ33を設けて実施した。しかし、運転者が操舵ハンドルに入力する操作力(操舵(保舵)トルク)を軽減することができるものであれば、例えば、油圧機構を用いるなど、いかなる装置や機構を用いてもよい。この場合であっても、運転者による操舵ハンドルの操舵または保舵に必要な操作力(操舵(保舵)トルク)を軽減することができて、直進走行状態における操舵ハンドルの操舵または保舵に関する運転者の不快感を解消することができる。
さらに、上記実施形態においては、可変ギア比アクチュエータ20を設けて、VGRSモータ21を回転駆動させることによって左右前輪FW1,FW2を目標転舵角Sまで転舵するようにして車両流れを修正するように実施した。しかし、可変ギア比アクチュエータ20を設けていない場合であっても、EPSモータ33を回転駆動させることによって左右前輪FW1,FW2を目標転舵角Sまで転舵させて車両流れを修正することも可能である。
本発明の実施形態に係る車両の操舵装置の概略図である。 図1のナビゲーション装置の構成を概略的に示すブロック図である。 図1の電子制御ユニットにより実行される車輛流れ修正制御プログラムのフローチャートである。 アシスト力と操舵(保舵)トルクの関係を示すグラフである。 車両流れに伴う操舵(保舵)トルクを計測するためのトルク測定器の構成を概略的に示す図である。 図5のトルク測定器によって測定される路面の傾斜角度と操舵(保舵)トルクおよび操舵角との関係を示すグラフである。
符号の説明
FW1,FW2…前輪、11…操舵ハンドル、12…操舵入力軸、13…転舵出力軸、20…可変ギア比アクチュエータ、21…VGRSモータ、21a…駆動シャフト、22…減速機、30…転舵ギアユニット、31…ピニオンギア、32…ラックバー、33…EPSモータ、40…電気制御装置、41a〜41d…車輪速センサ、42…操舵角センサ、43…回転角センサ、44…操舵トルクセンサ、45…横加速度センサ、46…ヨーレートセンサ、47…電子制御ユニット、48,49…駆動回路、50…ナビゲーション装置、60…画像処理装置

Claims (8)

  1. 運転者によって操作される操舵ハンドルと、この操舵ハンドルに対する操作力を軽減する操作力軽減手段とを備えた車両の操舵装置において、
    車両が直進走行状態であるか否かを判定する直進状態判定手段と、
    前記判定によって車両が直進走行状態であるときに、前記操舵ハンドルに入力された操作力を検出する操作力検出手段と、
    前記検出された操作力が予め設定された所定の操作力よりも大きいか否かを判定する操作力判定手段と、
    前記判定によって前記検出された操作力が前記所定の操作力よりも大きいときに、前記操作力軽減手段を作動させて、前記操舵ハンドルに入力される操作力を前記所定の操作力以下とする作動制御手段とを備えたことを特徴とする車両の操舵装置。
  2. 請求項1に記載した車両の操舵装置において、
    前記操作力判定手段が用いる前記所定の操作力は、
    車両が走行する国または地域ごとに設定されることを特徴とする車両の操舵装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載した車両の操舵装置において、
    前記操作力判定手段が用いる前記所定の操作力は、
    運転者によって把持される把持部と、前記操舵ハンドルの操作に伴って同操舵ハンドルのリム部と前記把持部との間のせん断力を検出するとともに前記操舵ハンドルに入力される操作力に変換して出力する操作力変換手段と、運転者による前記操舵ハンドルの操作量を検出する操作量検出手段と、車両が走行する路面の横断面方向における角度を検出する路面角度検出手段と、前記変換された操作力、前記検出された操作量および前記検出された路面の横断面方向における角度をそれぞれ関連付けて記憶する記憶手段とを備えた測定装置を車両に一時的に搭載し、同測定装置によって測定された操作力および前記路面の横断面方向における角度との関係に基づいて設定されることを特徴とする車両の操舵装置。
  4. 請求項1に記載した車両の操舵装置において、
    前記直進状態判定手段は、
    前記操舵ハンドルの操作量、車両の左右輪の速度差、車両に発生した横加速度および車両に発生したヨーレートのうちの少なくとも一つの値が予め設定された所定の値以下であるときに、車両が直進走行状態であると判定することを特徴とする車両の操舵装置。
  5. 請求項1に記載した車両の操舵装置において、
    前記直進状態判定手段は、
    車両が直線路を走行しているときに、車両が直進走行状態であるか否かを判定することを特徴とする車両の操舵装置。
  6. 請求項1に記載した車両の操舵装置において、さらに、
    前記直進状態判定手段によって前記車両が直進走行状態にあると判定されたときに、車両の目標走行位置を設定する目標位置設定手段と、
    車両の実走行位置を検出する位置検出手段と、
    車両の車輪に横力を発生させることにより、車両の走行位置を修正する走行位置修正手段と、
    前記目標走行位置と前記実走行位置との間の偏差量を縮小するように前記走行位置修正手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする車両の操舵装置。
  7. 請求項6に記載した車両の操舵装置において、
    前記制御手段は、
    前記目標走行位置と前記実走行位置との間の偏差量が予め設定された所定の基準偏差量よりも大きいときに、前記目標走行位置と前記実走行位置との間の偏差量を縮小するように前記走行位置修正手段を制御する車両の操舵装置。
  8. 請求項6または請求項7に記載した車両の操舵装置において、
    前記制御手段は、
    前記目標走行位置と前記実走行位置との間の偏差量に応じて前記車輪に発生させる目標横力を算出するとともに、この目標横力に基づいて前記走行位置修正手段を制御することを特徴とする車両の操舵装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010095180A (ja) * 2008-10-17 2010-04-30 Honda Motor Co Ltd 電動パワーステアリング装置
CN104960569A (zh) * 2015-06-29 2015-10-07 北京工业大学 一种主动前轮转向的快速控制原型实现方法

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