JP2012101677A - 操舵装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】運転者による操舵ハンドルの操作に基づいて、車両が走行する道路の環境を特定し、道路の環境に応じた操舵制御を行う。
【解決手段】操舵装置は、運転者が操舵ハンドルを操作する操作量(例えば操舵角、操舵トルク、操舵速度など)と、所定期間における操作量の変化(例えば操作量の経時変化や周波数変化など)とに基づいて、車両が走行する道路の環境を特定する特定手段を備え、該道路の環境に応じた操舵制御を行うことが可能な操舵装置を提供する。
【選択図】図2

Description

本発明は、車両に搭載され、運転者による操舵ハンドルの操作に応じて転舵輪を転舵する操舵装置の技術分野に関する。
この種の操舵装置に関して、例えば特許文献1には、ナビゲーション装置の道路地図情報から車両の前方の道路環境(例えば道幅など)を取得し、この取得した道路環境に応じて、モータによって発生させるアシスト力の調整を行う技術が開示されている。また、例えば特許文献2には、車載カメラにより撮影した道路画像に基づいて、車両が走行している道路の前方の状況(例えば道路のカーブ半径など)を検出し、この検出した状況に基づいて、操舵ハンドルに付与する反力の大きさを変更する技術が開示されている。
特開2007−22373号公報 特開2005−199957号公報
しかしながら、前述した特許文献1や2に記載された技術では、ナビゲーション装置や車載カメラなどがなければ、車両の前方の道路環境(或いは状況)を取得することができず、道路環境に応じた操舵制御を行うことが困難になるという技術的問題点がある。
本発明は、例えば前述した問題点に鑑みなされたものであり、例えば、運転者による操舵ハンドルの操作に基づいて、車両が走行する道路の環境を特定でき、該道路の環境に応じた操舵制御を行うことが可能な操舵装置を提供することを課題とする。
本発明の操舵装置は上記課題を解決するために、車両に搭載され、運転者による操舵ハンドルの操作に応じて転舵輪を転舵する操舵装置であって、前記運転者が前記操舵ハンドルを操作する操作量と、所定期間における前記操作量の変化とに基づいて、前記車両が走行する道路の環境を特定する特定手段を備える。
本発明の操舵装置によれば、例えば車両の走行時に、特定手段は、運転者が操舵ハンドルを操作する操作量(例えば操舵角、操舵トルク、操舵速度など)と、所定期間における操作量の変化(例えば操作量の経時変化や周波数変化など)に基づいて、車両が走行する道路の環境(例えば道路幅や他の車両の存在など)を特定する。ここで、通常、運転者は、その視覚によって得る道路の環境に関する情報に応じて、無意識に或いは意識的に、操舵ハンドルの操作量を変化させる。即ち、運転者が操舵ハンドルを操作する操舵量(言い換えれば、運転者による操舵ハンドルの操作量)は、運転者が意識するしないにかかわらず、道路の環境によって変化する。つまり、操舵ハンドルの操作量は、道路の環境によって変化する。よって、操舵ハンドルの操作量と道路の環境との関係を例えば実験等により予め取得しておくことで、操舵ハンドルの操作量の変化に基づいて道路の環境を特定することが可能になる。
例えば、車両が走行する道路の道路幅が比較的広い場合には、操舵ハンドルの操作量は比較的小さく、車両が走行する道路の道路幅が比較的狭い場合には、操舵ハンドルの操作量は比較的大きいということが本願発明者らの実験により確認されている。よって、操舵ハンドルの操作量が比較的小さい場合には、道路幅が比較的広いと特定することができ、操舵ハンドルの操作量が比較的大きい場合には、道路幅が比較的狭いと特定することができる。
よって、本発明によれば、運転者による操舵ハンドルの操作に基づいて、車両が走行する道路の環境を特定できる。したがって、特定手段が特定した環境に応じて、例えば操舵ハンドルに発生させる操舵反力の制御や転舵輪に付与する操舵アシスト力の制御等の操舵制御を行うことができる。ここで本発明では特に、車両が走行する道路の環境を、運転者による操舵ハンドルの操作量及びその変化に基づいて特定する。言い換えれば、運転者による操舵ハンドルの操作の特性(即ち、運転者の操舵特性)に基づいて道路の環境を特定する。よって、特定手段によって特定された道路の環境には、運転者の操舵特性が反映されている。したがって、特定手段によって特定された環境に応じて操舵制御を行うことで、運転者の操舵特性に適合した操舵制御を行うことができる。
以上説明したように、本発明の操舵装置によれば、運転者による操舵ハンドルの操作に基づいて、車両が走行する道路の環境を特定でき、該道路の環境に応じた操舵制御を行うことが可能になる。
本発明の操舵装置の一態様では、前記特定手段は、前記操舵ハンドルに付与される操舵トルクと、前記操舵ハンドルの操舵速度とに基づいて、前記操舵ハンドルの単位時間当たりの操作量である操舵仕事率を算出する算出手段を有し、前記算出された操舵仕事率に基づいて、前記車両が走行する道路の環境を特定する。
この態様によれば、例えば車両の走行時に、操舵ハンドルに付与される操舵トルクと操舵ハンドルの操舵速度(即ち、操舵ハンドルの回転角度である操舵角の変化速度)とに基づいて操舵仕事率が算出手段によって算出される。ここで、本発明に係る「操舵仕事率」とは、操舵ハンドルの単位時間当たりの操作量、即ち、運転者によって操舵ハンドルに単位時間当たりになされる仕事を意味し、操舵ハンドルの操作量である操舵トルク及び操舵速度の積として算出することができる。
この態様では特に、特定手段は、算出手段によって算出された操舵仕事率に基づいて、車両が走行する道路の環境(例えば道路幅や他の車両の存在など)を特定する。ここで、操舵仕事率は、道路の環境によって変化する。よって、操舵仕事率と道路の環境との関係を例えば実験等により予め取得しておくことで、操舵仕事率に基づいて道路の環境を特定することが可能になる。例えば、車両が走行する道路の道路幅が比較的広い場合には、操舵仕事率は比較的小さく、車両が走行する道路の道路幅が比較的狭い場合には、操舵仕事率は比較的大きいということが本願発明者らの実験により確認されている。よって、操舵仕事率が比較的小さい場合には、道路幅が比較的広いと特定することができ、操舵仕事率が比較的大きい場合には、道路幅が比較的狭いと特定することができる。
本発明の操舵装置の他の態様では、前記特定された環境に基づいて、前記操舵ハンドルに発生させる操舵反力を制御する操舵反力制御手段を更に備える。
この態様によれば、車両が走行している道路の環境に適した操舵反力を操舵ハンドルに発生させることができ、運転者の操舵フィーリングを向上させることができる。
前述した、特定手段が算出手段を有する態様では、前記算出された操舵仕事率に基づいて、前記操舵ハンドルに発生させる操舵反力を制御する操舵反力制御手段を更に備えてもよい。
この場合には、運転者の操舵特性に応じた操舵反力を操舵ハンドルに発生させることができ、運転者の操舵フィーリングを向上させることができる。
前述した、特定手段が算出手段を有する態様では、前記特定手段は、前記算出された操舵仕事率の経時変化に基づいて、前記環境を特定してもよい。
この場合には、車両が走行する道路の環境をより精度良く特定できる。
前述した、特定手段が算出手段を有する態様では、前記特定手段は、前記算出された操舵仕事率が所定の基準値よりも大きいか否かの判定を行い、該判定の結果に応じて、前記環境を特定してもよい。
この場合には、車両が走行する道路の環境をより確実に特定できる。
前述した、特定手段が、算出された操舵仕事率が所定の基準値よりも大きいか否かの判定を行い、該判定の結果に応じて、環境を特定する態様では、前記特定手段は、前記所定の基準値を前記車両の車速に応じて変更してもよい。
この場合には、車両が走行する道路の環境をより精度良く特定できる。
前述した、特定手段が、算出された操舵仕事率が所定の基準値よりも大きいか否かの判定を行い、該判定の結果に応じて、環境を特定する態様では、前記特定手段は、前記所定の基準値に対して不感帯を設定し、前記算出された操舵仕事率が前記不感帯内である場合には前記判定を行わず、前記算出された操舵仕事率が前記不感帯外である場合に前記判定を行ってもよい。
この場合には、実際の道路の環境が変化していないにもかかわらず、特定手段が特定する環境が変化するのを防ぐことができる。よって、車両が走行する道路の環境をより精度良く特定できる。
本発明の操舵装置の他の態様では、前記特定手段は、前記環境として、前記車両が走行する道路の道路幅を特定する。
この態様によれば、車両が走行する道路の道路幅に応じた操舵制御を行うことが可能となる。
前述した、特定手段が、環境として、車両が走行する道路の道路幅を特定する態様では、前記特定手段は、前記操舵トルクと前記操舵ハンドルの操舵角とに基づいて直進走行中であるか否かを判定し、前記車両が直進走行中であると判定した場合には、前記算出された操舵仕事率に基づいて前記道路幅を狭い道路幅及び広い道路幅のいずれかとして特定し、前記車両が直進走行中でないと判定した場合には、前記直進走行中でない状態が所定時間継続していなければ、直前に特定した道路幅を維持し、前記直進走行中でない状態が前記所定時間継続していれば、前記道路幅を前記広い道路幅として特定してもよい。
この場合には、特定手段は、先ず、操舵トルク及び操舵角に基づいて車両が直進走行中であるか否かを判定する。例えば、特定手段は、操舵トルクの大きさが所定の操舵トルク閾値以下であり、且つ、操舵角の大きさが所定の操舵角閾値以下である場合には、車両が直進走行中であると判定し、その他の場合には、車両が直進中でないと判定する。特定手段は、車両が直進走行中であると判定した場合には、操舵仕事率に基づいて道路幅を狭い道路幅及び広い道路幅のいずれかとして特定し、車両が直進走行中でないと判定した場合には、操舵仕事率に基づく道路幅の特定を行わない。特定手段は、車両が直進走行中でないと判定した場合には、直進走行中でない状態が所定時間継続していなければ、直前に特定した道路幅を維持し、直進走行中でない状態が所定時間継続していれば、車両が走行している道路の道路幅を広い道路幅として特定する。よって、車両が直進走行中であるときに、車両が走行する道路の道路幅を精度良く特定できると共に、車両が直進走行中でない(例えば車両が旋回中である)ときに、車両が走行している道路の道路幅を狭い道路幅として誤って特定してしまうことを回避できる。なお、車両が直進走行中でないときには、車両が走行している道路の道路幅が比較的広い場合であっても、操舵仕事率が大きい場合があり得る。このため、車両が直進走行中でないと判定した場合において操舵仕事率に基づく道路幅の特定を行うと、道路幅を狭い道路幅として誤って特定してしまうおそれがある。
前述した、算出された操舵仕事率に基づいて、操舵ハンドルに発生させる操舵反力を制御する操舵反力制御手段を備える態様では、前記操舵反力制御手段は、前記算出された操舵仕事率が大きい場合には、前記算出された操舵仕事率が小さい場合よりも前記操舵反力を小さくしてもよい。
この場合には、運転者の操舵フィーリングを確実に向上させることができる。ここで、操舵仕事率が大きい場合(即ち、運転者による操舵ハンドルの単位時間当たりの操作量が多い場合)には、操舵反力が小さくなることで、運転者は操舵ハンドルが軽く操作しやすいと感じることができる。他方、操舵仕事率が小さい場合(即ち、運転者による操舵ハンドルの単位時間当たりの操作量が少ない場合)には、操舵反力が大きくなることで、運転者は操舵ハンドルが安定していると感じることができる。
本発明の操舵装置の他の態様では、前記特定された環境に基づいて、前記操舵トルクをアシストするアシストトルクを制御するアシストトルク制御手段を更に備える。
この態様によれば、車両が走行している道路の環境に適したアシストトルクを発生させることができ、運転者の操舵フィーリングを向上させることができる。
本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。
第1実施形態に係る操舵装置を備えた車両の全体構成を示すブロック図である。 第1実施形態に係る操舵装置の操舵反力制御の流れを概念的に示すフローチャートである。 第1実施形態に係る操舵装置の操舵反力制御における道路幅の特定を説明するための図である。 第1実施形態に係る道路幅の特定において直進走行中でないと判定された場合に行われる処理を説明するための図である。 第1実施形態におけるアシストトルクを設定するためのマップの一例を概念的に示す図である。 第2実施形態における道路幅判定値に基づくアシストトルクの設定方法を概念的に示す図である。 第3実施形態における道路幅判定値に基づくアシストトルクの設定方法を概念的に示す図である。 第4実施形態における道路幅判定値に基づくアシストトルクの設定方法を概念的に示す図である。 第5実施形態に係る操舵装置を備えた車両の全体構成を示すブロック図である。 第5実施形態における道路幅判定値に基づくステアリングギア比の設定方法を概念的に示す図である。
以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。
<第1実施形態>
第1実施形態に係る操舵装置について、図1から図5を参照して説明する。
先ず、本実施形態に係る操舵装置を備えた車両の全体構成について、図1を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る操舵装置を備えた車両の全体構成を示すブロック図である。
図1に示すように、車両1は、前輪5と、前輪5を操舵するための操舵装置10とを備えている。操舵装置10は、ステアリングホイール11の操作に応じて前輪5を転舵する電動パワーステアリング(EPS:Electric Power Steering)装置であり、ステアリングホイール11と、ステアリングシャフト12と、ピニオンシャフト19と、操舵角センサ13と、トルクセンサ14と、モータ15と、ラックアンドピニオン機構16と、タイロッド17と、ナックルアーム18と、車速センサ41と、コントローラ100とを備えている。
ステアリングホイール11は、本発明に係る「操舵ハンドル」の一例であり、車両1を旋回等させるために運転者(ドライバ)によって操作される。ステアリングホイール11は、ステアリングシャフト12及びピニオンシャフト19を介して、ラックアンドピニオン機構16に接続されている。ステアリングシャフト12には、操舵角センサ13及びトルクセンサ14が設けられている。
操舵角センサ13は、運転者によるステアリングホイール11の操作に対応する操舵角SWA(即ち、ステアリングホイール11の回転角度)を検出する。操舵角センサ13は、検出した操舵角SWAに対応する検出信号をコントローラ100に供給する。
トルクセンサ14は、ステアリングホイール11を介してステアリングシャフト12に付与される操舵トルクSWTを検出する。トルクセンサ22は、検出した操舵トルクSWTに対応する検出信号をコントローラ100に供給する。
ピニオンシャフト19は、その一端がラックアンドピニオン機構16に連結されており、その他端がトルクセンサ14を介してステアリングシャフト12に連結されている。ピニオンシャフト19は、ステアリグシャフト12と同一方向に回転することが可能に構成されている。ピニオンシャフト19には、モータ15が設けられている。
モータ15は、減速機や電動モータなどによって構成されており、コントローラ100による制御下で、ピニオンシャフト19にトルクを付与する。なお、以下では、モータ15がピニオンシャフト19に付与するトルクを「アシストトルク」と適宜称する。
車速センサ41は、車両10の車速を検出し、検出した車速Vに対応する検出信号をコントローラ100に供給する。
ラックアンドピニオン機構16は、ラックやピニオンによって構成されており、ステアリングシャフト12からピニオンシャフト19を介して回転が伝達されて動作する。ラックアンドピニオン機構16には、タイロッド17及びナックルアーム18が連結されており、ナックルアーム18には、前輪5が連結されている。この場合、タイロッド17及びナックルアーム18がラックアンドピニオン機構16によって動作されることにより、ナックルアーム18に連結された前輪5が転舵されることとなる。
コントローラ100は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等を備えた電子制御ユニットである。コントローラ100は、本発明に係る「算出手段」の一例としての機能を有しており、操舵角センサ13及びトルクセンサ14の各々から供給される検出信号に基づいて、ステアリングホイール11の単位時間当たりの操作量である操舵仕事率Pを算出する。更に、コントローラ100は、本発明に係る「特定手段」の一例としての機能を有しており、算出された操舵仕事率Pに基づいて、車両1が走行する道路の道路幅を特定する。加えて、コントローラ100は、本発明に係る「操舵反力制御手段」及び「アシストトルク制御手段」の一例としての機能を有しており、特定された道路幅に応じて、ステアリングホイール11に発生させるべき目標操舵反力、及びモータ15によりピニオンシャフト19に付与すべきアシストトルクを設定する。コントローラ100は、設定した目標操舵反力がステアリングホイール11に付与されるように、モータ15を制御する操舵反力制御を行う。即ち、操舵反力制御では、モータ15がピニオンシャフト19に付与するアシストトルクは、ステアリングホイール11に目標操舵反力が付与されるようにコントローラ100によって制御される。
次に、本実施形態に係る操舵装置10の操舵反力制御について、図2から図5を参照して詳細に説明する。
図2は、本実施形態に係る操舵装置10の操舵反力制御の流れを概念的に示すフローチャートである。
図2において、先ず、初期設定がコントローラ100によって行われる(ステップS10)。具体的には、コントローラ100は、後述する所定の閾値SWAt及びSWTt、所定の判定基準値Pt、不感帯Dの幅δ、所定時間Ta及びTb、直進判定値、並びに道幅判定値に所定の初期値を設定する。例えば、コントローラ100は、道幅判定値に初期値として「広い」を設定する。
次に、入力信号の取得がコントローラ100によって行われる(ステップS20)。具体的には、コントローラ100は、入力信号として操舵角SWAに対応する検出信号及び操舵トルクSWTに対応する検出信号を、それぞれ、操舵角センサ13及びトルクセンサ14から取得する。なお、操舵角SWAに関する情報は、操舵角センサ13に代えて、EPSモータ(即ち、モータ15)の回転角や、タイヤ切れ角(即ち、前輪5の転舵角)から取得されてもよい。
コントローラ100による入力信号の取得は、所定のサンプリング時間Ts毎に行われる。この際、コントローラ100は、操舵角SWAをサンプリング時間Tsで除算することにより、操舵速度SWVを算出する。即ち、コントローラ100は、操舵速度SWVを、次式(1)に従って算出する。
操舵速度SWV=(操舵角SWA(n)−操舵角SWA(n−1))/サンプリング時間Ts ・・・(1)
但し、nは自然数であり、操舵角SWA(n)は、n番目に取得された操舵角SWAを表わしている。
なお、入力信号の取得が行われる際、入力信号の高周波成分を除去するローパスフィルタ処理が行われる。
次に、操舵仕事率Pがコントローラ100によって算出される(ステップS30)。即ち、コントローラ100は、操舵トルクSWT及び操舵速度SWVに基づいて操舵仕事率Pを算出する。操舵仕事率Pは、運転者によってステアリングホイール11に単位時間当たりになされる仕事を意味する。
具体的には、コントローラ100は、先ず、現時点から所定時間Taだけ過去までにサンプリング時間Ts毎に取得した操舵トルクSWT及び操舵速度SWVの各々の平均値SWTmean及びSWVmeanを算出する。次に、操舵トルクSWTと平均値SWTmeanとの差の絶対値の所定時間Taにおける平均値SWTa、及び操舵速度SWVと平均値SWVmeanとの差の絶対値の所定時間Taにおける平均値SWVaを算出する。次に、平均値SWTaと平均値SWVaとを乗算することにより操舵仕事率Pを算出する。即ち、コントローラ100は、操舵仕事率Pを次式(2)に従って算出する。
操舵仕事率P=操舵トルクの平均値SWTa×操舵角の平均値SWVa ・・・(2)
つまり、コントローラ100は、現時点から所定時間Taだけ過去までに取得した操舵トルクSWT及び操舵速度SWVの各々についての変化量(或いは変動量)の平均値を算出し、算出した平均値の積を操舵仕事率Pとして算出する。
次に、車両1が直進走行中であるか否かがコントローラ100によって判定される(ステップS40)。即ち、コントローラ100は、操舵角SWA及び操舵トルクSWTに基づいて、車両1が直進走行中であるか否かを判定する。なお、コントローラ100は、車両1が直進走行中であると判定した場合には(ステップS40:YES)、車両1が直進走行中であるか否かを示す直進判定値を「YES」に設定し、車両1が直進走行中でないと判定した場合には(ステップS40:NO)、直進判定値を「NO」に設定する。
図3は、本実施形態に係る操舵装置の操舵反力制御における道路幅の特定を説明するための図であり、コントローラ100が取得する操舵角SWA及び操舵トルクSWT、並びにコントローラ100が算出する操舵仕事率Pの各々の経時変化の一例を示している。なお、本実施形態では、図3に示すように、操舵角SWAの方向及び操舵トルクSWTの方向をそれぞれ正負で表わし、例えば、負値をステアリングホイール11の右回転方向とし、正値をステアリングホイール11の左回転方向とする。
図3において、コントローラ100は、操舵角SWAの大きさ(即ち、操舵角SWAの絶対値)が所定の閾値SWAt以下であり、且つ、操舵トルクSWTの大きさ(操舵トルクSWTの絶対値)が所定の閾値SWTt以下である場合には、車両1が直進走行中であると判定し、その他の場合、即ち、操舵角SWAの大きさが所定の閾値SWAtよりも大きい場合及び操舵トルクSWTの大きさが所定の閾値SWTtよりも大きい場合には、車両1が直進走行中でないと判定する(ステップS40)。即ち、コントローラ100は、次式(3)及び(4)の両方が成立する場合には、車両1が直進走行中であると判定し、次式(3)及び(4)の少なくとも一方が成立しない場合には、車両1が直進走行中でないと判定する。
操舵角SWAの大きさ≦所定の閾値SWAt ・・・(3)
操舵角SWTの大きさ≦所定の閾値SWTt ・・・(4)
図2に戻り、直進走行中であると判定された場合には(ステップS40:YES)、操舵仕事率Pが判定基準値Pt+δ/2以上であるか否かがコントローラ100によって判定される(ステップS50)。
即ち、図3において、コントローラ100は、現時点Tcにおいて、操舵仕事率Pが判定基準値Pt+δ/2以上であるか否かを判定する(ステップS50)。つまり、コントローラ100は、次式(5)が成立するか否かを判定する。
操舵仕事率P≧判定基準値Pt+δ/2 ・・・(5)
ここで、判定基準値Ptは、本発明に係る「所定の基準値」の一例であり、車両1が走行する道路の道路幅が広いか狭いかを区別する境となる操舵仕事率Pの値であり、例えば実験等により予め設定される。具体的には、判定基準値Ptは、車両1が走行する道路の道路幅が狭いと判定することができる最小の操舵仕事率Pとして設定される。言い換えれば、判定基準値Ptは、目標操舵反力を変更すべき操舵仕事率Pとして設定される。ここで、車両1が走行する道路の道路幅が広い場合には、操舵仕事率Pは小さく、車両1が走行する道路の道路幅が狭い場合には、操舵仕事率Pは大きいということが本願発明者らの実験により確認されている。よって、操舵仕事率Pの経時変化に基づいて、車両1が走行する道路の道路幅の経時変化を検出することができる。したがって、本実施形態では、予め実験等により、操舵仕事率Pに有意差がある互いに異なる2つの道路幅について、一方を広い道路幅、他方を狭い道路幅に設定するとともに、これら広い道路幅及び狭い道路幅を区別することが可能な操舵仕事率Pを判定基準値Ptとして設定している。
図3に示すように、判定基準値Ptに対して、幅δを有する不感帯Dが設定されている。不感帯Dは、操舵仕事率Pが判定基準値Ptよりも大きいか否かの判定を行わない操舵仕事率Pの範囲として設定されている。不感帯Dは、判定基準値Ptを中心値として幅δを有している。即ち、不感帯Dの上限値は、判定基準値Ptと幅δ/2(即ち、不感帯Dの幅δの1/2倍)とを加算した値であり、不感帯Dの下限値は、判定基準値Ptから幅δ/2を減算した値である。
操舵仕事率Pが判定基準値Pt+δ/2以上であると判定された場合には(ステップS50:YES)、コントローラ100によって、車両1が走行している道路の道路幅が狭いと判定され、道路判定値が「狭い」に設定される(ステップS80)。
ここで、道路判定値は、コントローラ100によって判定された道路幅を示す値であり、道路幅が狭いと判定された場合には「狭い」に設定され、道路幅が広いと判定された場合には「広い」に設定される。なお、前述したように、初期設定(ステップS10)では、道路判定値に「広い」が設定される。
他方、操舵仕事率Pが判定基準値Pt+δ/2以上でない(即ち、操舵仕事率Pが判定基準値Pt+δ/2よりも小さい)と判定された場合には(ステップS50:NO)、操舵仕事率Pが判定基準値Pt−δ/2以下であるか否かがコントローラ100によって判定される(ステップS70)。
即ち、図3において、コントローラ100は、現時点Tcにおいて、操舵仕事率Pが判定基準値Pt−δ/2以下であるか否かを判定する(ステップS70)。つまり、コントローラ100は、次式(6)が成立するか否かを判定する。
操舵仕事率P≦判定基準値Pt−δ/2 ・・・(6)
操舵仕事率Pが判定基準値Pt−δ/2以下であると判定された場合には(ステップS70:YES)、コントローラ100によって、車両1が走行している道路の道路幅が広いと判定され、道路判定値が「広い」に設定される(ステップS90)。
他方、操舵仕事率Pが判定基準値Pt−δ/2以下でない(即ち、操舵仕事率Pが判定基準値Pt−δ/2よりも大きい)と判定された場合には(ステップS70:NO)、コントローラ100によって道路判定値はそのまま維持され、後述するステップS110に係る処理が行われる。
なお、判定基準値Ptは車速に応じてコントローラ100によって変更されてもよい。この場合には、車両1が走行する道路の道路幅が広いか狭いかの判定を、操舵仕事率Pに基づいてより精度良く行うことができる。
本実施形態では特に、前述したように、判定基準値Ptに対して不感帯Dが設定されているので、実際の道路の道路幅が変化していないにもかかわらず、コントローラ100による道路幅の判定結果が変化するのを防ぐことができる。
図2において、直進走行中でないと判定された場合には(ステップS40:NO)、直進走行中でない状態が所定時間Tb継続したか否かがコントローラ100によって判定される(ステップS60)。
直進走行中でない状態が所定時間Tb継続したと判定された場合には(ステップS60:YES)、コントローラ100によって、道路判定値が「広い」に設定される(ステップS100)。
他方、直進走行中でない状態が所定時間Tb継続していない(即ち、直進走行中でない状態が継続している時間が所定時間Tbよりも短い)と判定された場合には(ステップS60:NO)、コントローラ100によって道路判定値はそのまま維持され、後述するステップS110に係る処理が行われる。
ここで、直進走行中でないと判定された場合(ステップS40:NO)に行われる各処理(ステップS60及びS100)について、図4を参照して説明を加える。
図4は、本実施形態に係る道路幅の特定において直進走行中でないと判定された場合に行われる処理を説明するための図であり、直進判定値及び道路幅判定値の各々の経時変化の一例を示している。
図4に示すように、時刻T1において直進判定値が「YES」から「NO」に変更され、直進判定値が「NO」に設定されたまま所定時間Tb継続したときには(ステップS60:YES)、道路幅判定値は「広い」に設定される(ステップS100)。即ち、直進判定値が「YES」から「NO」に変更された時刻T1から所定時間Tbだけ経過した時刻T2までの間、直進判定値が「広い」に設定されたままである場合には、時刻T2において道路幅判定値が「広い」に設定される。つまり、本実施形態では特に、コントローラ100は、直進走行中でない状態が所定時間Tb継続した場合には、その時点における道路判定値によらず、道路判定値を「広い」に設定する。言い換えれば、コントローラ100は、直進走行中でない状態が所定時間Tb継続した場合には、車両1が走行している道路の道路幅が広いと判定する。よって、車両1が直進走行中でない(例えば車両1が旋回中である)ときに、車両1が走行している道路の道路幅が狭いと誤って判定してしまうことを回避できる。なお、車両1が直進走行中でないときには、車両1が走行している道路の道路幅が広い場合であっても、操舵仕事率Pが判定基準値Pt+δ/2よりも大きい場合があり得る。このため、車両1が直進走行中でないと判定した場合(ステップS40)において操舵仕事率Pに基づく道路幅の判定を行うと、道路幅が狭いと誤って判定してしまうおそれがある。
図2に戻り、ステップS80、S90、S100などの後には、道幅判定値が「広い」に設定されているか否かがコントローラ100によって判定される(ステップS110)。
道幅判定値が「広い」に設定されていると判定された場合には(ステップS110:YES)、コントローラ100は操舵反力特性を「操舵反力大」に設定し、道幅判定値が「広い」に設定されていない(即ち、道幅判定値が「狭い」に設定されている)場合には(ステップS110:NO)、コントローラ100は操舵反力特性を「操舵反力小」に設定する。なお、操舵反力特性を「操舵反力大」に設定するとは、コントローラ100が、操舵反力制御のために参照するマップデータを、図5を参照して後述するマップM1のうちマップデータATws、ATwm又はATwhに設定することを意味する。また、操舵反力特性を「操舵反力小」に設定するとは、コントローラ100が、操舵反力制御のために参照するマップデータを、図5を参照して後述するマップM1のうちマップデータATns、ATnm又はATnhに設定することを意味する。
ここで、本実施形態における操舵反力特性の設定について、図5を参照して説明する。
図5は、モータ15によりピニオンシャフト19に付与すべきアシストトルクを設定するためのマップの一例を概念的に示す図である。
図5において、マップM1は、操舵トルクSWTとアシストトルクとの関係を規定するマップである。マップM1では、例えば低速、中速及び高速といった互いに異なる複数の車速域の各々毎に、道幅判定値が「広い」に設定されている場合と道幅判定値が「狭い」に設定されている場合とについて、操舵トルクSWTとアシストトルクとの関係が規定されている。なお、本実施形態では、マップM1において、低速、中速及び高速という互いに異なる3つの車速域の各々毎に、操舵トルクSWTとアシストトルクとの関係が規定されている例を示すが、車速域は、3つに限定されるものではなく、2つ或いは4つ以上であってもよい。
即ち、マップM1は、マップデータATns、ATws、ATnm、ATwm、ATnh及びATwhを有している。マップデータATnsは、車速Vが低速であり且つ道幅判定値が「狭い」に設定されている場合において操舵トルクSWTに応じてアシストトルクを設定するためのマップデータである。マップデータATwsは、車速Vが低速であり且つ道幅判定値が「広い」に設定されている場合において操舵トルクSWTに応じてアシストトルクを設定するためのマップデータである。マップデータATnmは、車速Vが中速であり且つ道幅判定値が「狭い」に設定されている場合において操舵トルクSWTに応じてアシストトルクを設定するためのマップデータである。マップデータATwmは、車速Vが中速であり且つ道幅判定値が「広い」に設定されている場合において操舵トルクSWTに応じてアシストトルクを設定するためのマップデータである。マップデータATnhは、車速が高速であり且つ道幅判定値が「狭い」に設定されている場合において操舵トルクSWTに応じてアシストトルクを設定するためのマップデータである。マップデータATwhは、車速Vが高速であり且つ道幅判定値が「広い」に設定されている場合において操舵トルクSWTに応じてアシストトルクを設定するためのマップデータである。なお、中速は低速よりも速い車速域として予め設定されており、高速は中速よりも速い車速域として予め設定されている。
本実施形態では特に、マップM1では、道幅判定値が「狭い」に設定されている場合のアシストトルク(マップデータATns、ATnm及びATnh参照)が、道幅判定値が「広い」に設定されている場合のアシストトルク(マップデータATws、ATwm及びATwh参照)よりも大きくなるように、操舵トルクSWTとアシストトルクとの関係が規定されている。即ち、コントローラ100は、マップM1を参照することにより、道幅判定値が「狭い」に設定されている場合には、道幅判定値が「広い」に設定されている場合よりもアシストトルクを大きな値に設定する(言い換えれば、ステアリングホイール11に発生させるべき目標操舵反力を小さな値に設定する)。逆に言えば、コントローラ100は、マップM1を参照することにより、道幅判定値が「広い」に設定されている場合には、道幅判定値が「狭い」に設定されている場合よりもアシストトルクを小さな値に設定する(言い換えれば、ステアリングホイール11に発生させるべき目標操舵反力を大きな値に設定する)。
このように設定されたアシストトルクがモータ15からピニオンシャフト19に付与されるように(言い換えれば、このように設定された目標操舵反力がステアリングホイール11に付与されるように)、コントローラ100はモータ15を制御する。
よって、運転者の操舵フィーリングを向上させることができる。具体的には、道幅判定値が「狭い」に設定されている場合、即ち、操舵仕事率Pが判定基準値Pt+δ/2よりも大きい場合、言い換えれば、運転者によるステアリングホイール11の単位時間当たりの操作量が多い場合には、操舵反力が小さくなることで、運転者はステアリングホイール11が軽く操作しやすいと感じることができる。他方、道幅判定値が「広い」に設定されている場合、即ち、操舵仕事率Pが判定基準値Pt−δ/2よりも小さい場合など、運転者によるステアリングホイール11の単位時間当たりの操作量が少ない場合には、操舵反力が大きくなることで、運転者はステアリングホイール11が安定していると感じることができる。
以上説明したように、本実施形態に係る操舵装置10によれば、コントローラ100により、操舵仕事率Pを算出し、この算出した操舵仕事率Pに基づいて、車両1が走行する道路の道路幅が広いか狭いかを判定する。よって、例えばナビゲーション装置や車載カメラなどを用いることなく、運転者によるステアリングホイール11の操作に基づいて、車両1が走行する道路の道路幅が広いか狭いかを判定することができる。更に、このように判定した判定結果に応じて操舵反力制御を行うので、車両1が走行する道路の道路幅に適した操舵反力をステアリングホール11に発生させることができ、運転者の操舵フィーリングを向上させることができる。ここで本実施形態では特に、車両1が走行する道路の道路幅を、操舵仕事率Pに基づいて広いか狭いかのいずれかに特定する。言い換えれば、運転者によるステアリングホイール11の操作の特性(即ち、運転者の操舵特性)に基づいて道路の道路幅を特定する。よって、コントローラ100によって特定された道路の道路幅には、運転者の操舵特性が反映されている。したがって、本実施形態のように、操舵仕事率Pに基づいて特定した道路幅に応じて操舵反力制御を行うことで、運転者の操舵特性に適合した操舵反力制御を行うことができる。
<第2実施形態>
第2実施形態に係る操舵装置について、図6を参照して説明する。
第2実施形態に係る操舵装置は、道路の道路幅が広いか狭いかの判定結果(即ち、道幅判定値)に基づくアシストトルクの設定方法が、前述した第1実施形態に係る操舵装置10と異なり、その他の点については、前述した第1実施形態に係る操舵装置10と概ね同様に構成されている。
図6は、第2実施形態における道路幅判定値に基づくアシストトルクの設定方法を概念的に示す図である。
図6において、本実施形態では、コントローラ100は、マップM2及びゲイン設定部111を有している。
マップM2は、操舵トルクSWTとアシストトルクとの関係を規定するマップである。マップM2では、例えば低速、中速及び高速といった互いに異なる複数の車速域の各々について、操舵トルクSWTとアシストトルクとの関係が規定されている。
なお、本実施形態では、マップM2において、低速、中速及び高速という互いに異なる3つの車速域の各々毎に、操舵トルクSWTとアシストトルクとの関係が規定されている例を示すが、車速域は、3つに限定されるものではなく、2つ或いは4つ以上であってもよい。
ゲイン設定部111は、道幅判定値に応じてゲイン(Gain)を設定する。具体的には、ゲイン設定部111は、道幅判定値が「広い」に設定されている場合には、ゲインを所定の値Gw(例えば「1」)に設定し、道幅判定値が「狭い」に設定されている場合には、ゲインを所定の値Gwよりも大きい所定の値Gn(例えば「1.2」)に設定する。
コントローラ100は、車速V及び操舵トルクSWT並びにマップM2に基づいてアシストトルクを設定し、この設定したアシストトルクとゲイン設定部111により設定したゲインとの積を最終的なアシストトルクとして設定する。
ここで、道幅判定値が「狭い」に設定されている場合のゲインの値Gnは、道幅判定値が「広い」に設定されている場合のゲインの値Gwよりも大きいので、道幅判定値が「狭い」に設定されている場合に設定される最終的なアシストトルクは、道幅判定値が「広い」に設定されている場合に設定される最終的なアシストトルクよりも大きい。よって、道幅判定値が「狭い」に設定されている場合には、道幅判定値が「広い」に設定されている場合よりも操舵反力を小さくすることができる。逆に言えば、道幅判定値が「広い」に設定されている場合には、道幅判定値が「狭い」に設定されている場合よりも操舵反力を大きくすることができる。したがって、運転者の操舵フィーリングを向上させることができる。
<第3実施形態>
第3実施形態に係る操舵装置について、図7を参照して説明する。
図7は、第3実施形態における道路幅判定値に基づくアシストトルクの設定方法を概念的に示す図である。
図7において、第3実施形態に係る操舵装置は、コントローラ100が第2実施形態におけるゲイン設定部111(図6参照)に代えてゲイン設定部112を有する点で、前述した第2実施形態に係る操舵装置と異なり、その他の点については、前述した第2実施形態に係る操舵装置と概ね同様に構成されている。
図7において、本実施形態では、コントローラ100は、マップM2及びゲイン設定部112を有している。
マップM2は、前述した第2実施形態と同様に、操舵トルクSWTとアシストトルクとの関係を規定するマップである。
ゲイン設定部112は、道幅判定値及び車速Vに応じてゲインを設定する。具体的には、ゲイン設定部112は、道幅判定値が「広い」に設定されている場合と道幅判定値が「狭い」に設定されている場合との各々について、車速Vとゲインとの関係を規定するマップMgを有しており、車速V及び道幅判定値並びにマップMgに基づいてゲインを設定する。マップMgは、マップデータGwb及びGnbを有している。マップデータGwbは、道幅判定値が「広い」に設定されている場合において車速Vに応じてゲインを設定するためのマップデータである。マップデータGnbは、道幅判定値が「狭い」に設定されている場合において車速Vに応じてゲインを設定するためのマップデータである。マップデータGwb及びGnbは、道幅判定値が「狭い」に設定されている場合のゲイン(マップデータGnb参照)が、道幅判定値が「広い」に設定されている場合のゲイン(マップデータGwb参照)よりも大きくなるように設定されている。
コントローラ100は、車速V及び操舵トルクSWT並びにマップM2に基づいてアシストトルクを設定し、この設定したアシストトルクとゲイン設定部112により設定したゲインとの積を最終的なアシストトルクとして設定する。したがって、運転者の操舵フィーリングを向上させることができる。
<第4実施形態>
第4実施形態に係る操舵装置について、図8を参照して説明する。
図8は、第4実施形態における道路幅判定値に基づくアシストトルクの設定方法を概念的に示す図である。
図8において、第4実施形態に係る操舵装置は、コントローラ100が、ゲイン設定部112によって設定したゲインと操舵トルクSWTとの積を新たな操舵トルクとし、この新たな操舵トルク及び車速V並びにマップM2に基づいてアシストトルクを設定する点で、前述した第3実施形態に係る操舵装置と異なり、その他の点については、前述した第3実施形態と概ね同様に構成されている。
本実施形態では、コントローラ100は、先ず、ゲイン設定部112により、道幅判定値及び車速V並びにマップMgに基づいてゲインを設定する。次に、コントローラ100は、トルクセンサ14から取得した操舵トルクSWTとゲイン設定部112によって設定したゲインとの積を新たな操舵トルクとし、この新たな操舵トルク及び車速V並びにマップM2に基づいてアシストトルクを設定する。つまり、本実施形態では、マップM2を参照することによりアシストトルクを設定する際の入力値となる操舵トルクの大きさを、道幅判定値に応じて変更する。具体的には、道幅判定値が「狭い」に設定されている場合には、道幅判定値が「広い」に設定されている場合よりも操舵トルクSWTを大きな値に変更することにより、アシストトルクを大きな値に設定する。よって、道幅判定値が「狭い」に設定されている場合には、道幅判定値が「広い」に設定されている場合よりも大きなアシストトルクが設定される。したがって、運転者の操舵フィーリングを向上させることができる。
<第5実施形態>
第5実施形態に係る操舵装置について、図9及び図10を参照して説明する。
先ず、本実施形態に係る操舵装置を備えた車両の全体構成について、図9を参照して説明する。
図9は、第5実施形態に係る操舵装置10eを備えた車両2の全体構成を示すブロック図である。
図9において、本実施形態に係る車両2は、ピニオンシャフト19にギア比可変機構500を備える点で、前述した第1実施形態に係る車両1と異なる。なお、尚、図9において、図1に示した第1実施形態に係る構成要素と同様の構成要素に同一の参照符合を付し、それらの説明は適宜省略する。
ギア比可変機構500は、操舵角SWAと、この操舵角SWAに対して前輪5が転舵する転舵角θとの比であるステアリングギア比(舵角比)Rを連続的に変化させることが可能に構成されたステアリングギア比可変機構(所謂、VGRS(Variable Gear Ratio Steering))である。なお、ギア比可変機構500は、ステアリングギア比を可変とし得る限りにおいて公知及び非公知を問わず各種の機構を適用することが可能である。ステアリングギア比Rは、次式(7)で表わされる。
ステアリングギア比R=操舵角SWA/転舵角θ ・・・(7)
図10は、本実施形態における道路幅判定値に基づくステアリングギア比の設定方法を概念的に示す図である。
図10において、本実施形態では、コントローラ100は、ステアリングギア比Rを車速Vと操舵角SWAとに基づいて設定し、この設定したステアリングギア比Rに対してギア比補正値を乗算することにより得られる値を最終的なステアリングギア比補正値として設定する。
なお、ギア比補正値は、次式(8)で表わされる。
ギア比補正値=ステアリングギア比R/ステアリングギア比R’
=1+VGRS相対角β/操舵角SWA ・・・(8)
ここで、ステアリングギア比R’は、VGRS相対角βを考慮した場合のステアリングギア比であり、次式(9)で表わされる。VGRS相対角βは、ステアリングシャフト12に対するピニオンシャフト19の相対的な回転角度である。
ステアリングギア比R’=(操舵角SWA+VGRS相対角β)/転舵角θ ・・・(9) 本実施形態では特に、コントローラ100は、ギア比補正値を道幅判定値に応じて変更する。具体的には、コントローラ100は、基本ギア比補正値設定部113及びゲイン設定部114を有している。
基本ギア比補正値設定部113は、車速Vに応じてギア比補正値を設定する。具体的には、基本ギア比補正値設定部113は、車速Vとギア比補正値との関係を規定するマップM3を有しており、車速V及びマップM3に基づいてギア比補正値を設定する。
ゲイン設定部114は、道幅判定値及び車速Vに応じてゲインを設定する。具体的には、ゲイン設定部114は、道幅判定値が「広い」に設定されている場合と道幅判定値が「狭い」に設定されている場合との各々について、車速Vとゲインとの関係を規定するマップM4を有しており、車速V及び道幅判定値並びにマップM4に基づいてゲインを設定する。マップM4は、マップデータGwb2及びGnb2を有している。マップデータGwb2は、道幅判定値が「広い」に設定されている場合において車速Vに応じてゲインを設定するためのマップデータである。マップデータGnb2は、道幅判定値が「狭い」に設定されている場合において車速Vに応じてゲインを設定するためのマップデータである。マップデータGwb2及びGnb2は、道幅判定値が「狭い」に設定されている場合のゲイン(マップデータGnb2参照)が、道幅判定値が「広い」に設定されている場合のゲイン(マップデータGwb2参照)よりも大きくなるように設定されている。
コントローラ100は、基本ギア比補正値設定部113により設定したギア比補正値とゲイン設定部114により設定したゲインとの積を最終的なギア比補正値として設定する。
つまり、本実施形態では、ステアリングギア比Rを道幅判定値に応じて変更(或いは補正)する。具体的には、道幅判定値が「狭い」に設定されている場合には、道幅判定値が「広い」に設定されている場合よりも、ステアリングギア比Rを大きな値に設定する。逆に言えば、道幅判定値が「広い」に設定されている場合には、道幅判定値が「狭い」に設定されている場合よりも、ステアリングギア比Rを小さな値に設定する。
よって、運転者の操舵フィーリングを向上させることができる。具体的には、道幅判定値が「狭い」に設定されている場合、即ち、操舵仕事率Pが判定基準値Pt+δ/2よりも大きい場合、言い換えれば、運転者によるステアリングホイール11の単位時間当たりの操作量が多い場合には、ステアリグギア比Rが大きくなり、操舵反力が小さくなるので、運転者はステアリングホイール11が軽く操作しやすいと感じることができる。他方、道幅判定値が「広い」に設定されている場合、即ち、操舵仕事率Pが判定基準値Pt−δ/2よりも小さい場合など、運転者によるステアリングホイール11の単位時間当たりの操作量が少ない場合には、ステアリングギア比Rが小さくなり、操舵反力が大きくなるので、運転者はステアリングホイール11が安定していると感じることができる。
本発明は、前述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う操舵装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
11…ステアリングホイール、12…ステアリングシャフト、13…操舵角センサ、14…トルクセンサ、15…モータ、19…ピニオンシャフト、41…車速センサ、100…コントローラ

Claims (12)

  1. 車両に搭載され、運転者による操舵ハンドルの操作に応じて転舵輪を転舵する操舵装置であって、
    前記運転者が前記操舵ハンドルを操作する操作量と、所定期間における前記操作量の変化とに基づいて、前記車両が走行する道路の環境を特定する特定手段を備える
    ことを特徴とする操舵装置。
  2. 前記特定手段は、
    前記操舵ハンドルに付与される操舵トルクと、前記操舵ハンドルの操舵速度とに基づいて、前記操舵ハンドルの単位時間当たりの操作量である操舵仕事率を算出する算出手段を有し、
    前記算出された操舵仕事率に基づいて、前記車両が走行する道路の環境を特定する
    請求項1に記載の操舵装置。
  3. 前記特定された環境に基づいて、前記操舵ハンドルに発生させる操舵反力を制御する操舵反力制御手段を更に備える請求項1又は2に記載の操舵装置。
  4. 前記算出された操舵仕事率に基づいて、前記操舵ハンドルに発生させる操舵反力を制御する操舵反力制御手段を更に備える請求項2に記載の操舵装置。
  5. 前記特定手段は、前記算出された操舵仕事率の経時変化に基づいて、前記環境を特定する請求項2に記載の操舵装置。
  6. 前記特定手段は、前記算出された操舵仕事率が所定の基準値よりも大きいか否かの判定を行い、該判定の結果に応じて、前記環境を特定する請求項2に記載の操舵装置。
  7. 前記特定手段は、前記所定の基準値を前記車両の車速に応じて変更する請求項6に記載の操舵装置。
  8. 前記特定手段は、前記所定の基準値に対して不感帯を設定し、前記算出された操舵仕事率が前記不感帯内である場合には前記判定を行わず、前記算出された操舵仕事率が前記不感帯外である場合に前記判定を行う請求項6又は7に記載の操舵装置。
  9. 前記特定手段は、前記環境として、前記車両が走行する道路の道路幅を特定する請求項1から8のいずれか一項に記載の操舵装置。
  10. 前記特定手段は、
    前記操舵トルクと前記操舵ハンドルの操舵角とに基づいて前記車両が直進走行中であるか否かを判定し、
    前記車両が直進走行中であると判定した場合には、前記算出された操舵仕事率に基づいて前記道路幅を狭い道路幅及び広い道路幅のいずれかとして特定し、
    前記車両が直進走行中でないと判定した場合には、前記直進走行中でない状態が所定時間継続していなければ、直前に特定した道路幅を維持し、前記直進走行中でない状態が前記所定時間継続していれば、前記道路幅を前記広い道路幅として特定する
    請求項9に記載の操舵装置。
  11. 前記操舵反力制御手段は、前記算出された操舵仕事率が大きい場合には、前記算出された操舵仕事率が小さい場合よりも前記操舵反力を小さくする請求項4に記載の操舵装置。
  12. 前記特定された環境に基づいて、前記操舵トルクをアシストするアシストトルクを制御するアシストトルク制御手段を更に備える請求項1から11のいずれか一項に記載の操舵装置。
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