JP2013180717A - 車両用走行制御装置及び方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】より運転者の意図に沿って車両を動作させることが可能な車両用走行制御装置及び方法を提供する。
【解決手段】車両用走行制御装置は、ステアリング70に設けられた走行制御SW10に対する操作内容に応じて車両走行を制御するものである。この車両用走行制御装置は、接触センサ50と、反力発生器60とを備えており、接触センサ50により走行制御SW10及びステアリング70に対する運転者の手指の接触状態を検出する。反力発生器60は、接触センサ50により検出された走行制御SW10とステアリング70とのそれぞれの接触状態に応じて、走行制御SW10に付与する反力を変化させる。
【選択図】図2

Description

本発明は、車両用走行制御装置及び方法に関する。
従来、ステアリングに手動操作部を設け、この手動操作部に対する操作に応じて加減速等の車両制御を行う車両用走行制御装置が提案されている。このような車両用走行制御装置では、手動操作部への操作量が所定周波数以上に変動する場合に、手動操作部への操作量に対するアクチュエータの駆動量の応答性を鈍くするように制御信号を調整する。このため、操作量が所定周波数以上となる運転者の不用意な操作や車両外乱による影響により、運転者の意図に沿った走行状態が阻害されてしまう事態を防止することができる(特許文献1参照)。
特開2000−80935号公報
しかし、特許文献1に記載の車両用走行制御装置では、手動操作部への操作量が所定周波数以上に変動する場合、アクチュエータの駆動量の応答性が鈍くなることから、意識・無意識に関わらず急な操作全てに対して車両動作が鈍くなってしまい、運転者が意識的に急な操作を行った場合には運転者の意図に沿わないこととなってしまう。
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、より運転者の意図に沿って車両を動作させることが可能な車両用走行制御装置及び方法を提供することにある。
本発明の車両用走行制御装置は、ステアリングに設けられた手動操作部に対する操作内容に応じて車両走行を制御するものである。この車両用走行制御装置は、接触検出手段と、反力変化手段とを備えており、接触検出手段により手動操作部及びステアリングに対する運転者の手指の接触状態を検出する。反力変化手段は、接触検出手段により検出された手動操作部とステアリングとのそれぞれの接触状態に応じて、手動操作部に付与する反力を変化させる。
本発明によれば、手動操作部とステアリングとのそれぞれの接触状態に応じて、手動操作部に付与する反力を変化させるため、例えば運転者の手指が手動操作部とステアリングとの双方に接触している場合には運転者の意図的な操作であると判断でき、そうでない場合には運転者の意図しない手動操作部への接触であるなどと判断できる。これにより、運転者の意図に応じて手動操作部に付与する反力を変化することができる。従って、より運転者の意図に沿って車両を動作させることができる。
本実施形態に係る車両用走行制御装置を示すブロック図である。 本実施形態に係る車両用走行制御装置を備える車両のステアリングの一部破断構成図である。 図2に示す一構成の拡大図である。 本実施形態に係る車両用走行制御方法を示すフローチャートである。 図4に示した反力・アシスト力演算処理(S4)の詳細を示すフローチャートである。 ステアリングの把持位置を示す図である。 ステアリングの把持位置に応じた第1反力を示す図である。 走行制御SWの操作位置を示す図である。 走行制御SWの操作位置に応じた第2反力を示す図である。 (Sn,Vn)特性曲線を説明する図であって、(a)は運転者による走行制御SWの操作量と周波数との関係を示し、(b)は運転者が走行制御SWに付与する力と周波数との関係を示し、(c)は(Sn,Vn)特性曲線を示している。 操作速度Vmが(Sn,Vn)特性曲線上の操作速度Vn以上である場合に付与する反力Fを示す図である。 図11に示した反力勾配係数knを示す図である。
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本実施形態に係る車両用走行制御装置を示すブロック図であり、図2は、本実施形態に係る車両用走行制御装置を備える車両のステアリングの一部破断構成図である。また、図3は、図2に示す一構成の拡大図である。図1〜図3に示すように、車両用走行制御装置1は、走行制御SW(手動操作部)10と、回転角・角速度センサ20と、ECU30と、走行制御アクチュエータ40と、接触センサ(接触検出手段)50と、反力発生器(反力変化手段、アシスト手段)60とを備えている。
走行制御SW10は、運転者の操作入力を受け付けるプレート形状の部材であって、例えば図3に示すように回転軸11を中心に回転させることにより操作を受け付ける構造となっている。この走行制御SW10は、例えばステアリング70の中央やや右側に取り付けられており、運転者がステアリング70の適正位置A0を把持した状態において操作し易い位置に設けられている。また、走行制御SW10は、回転軸11を中心に時計回り及び反時計回りに回転可能となっており、時計回り及び反時計回りに操作されると、その旨の信号をECU30に出力する構成となっている。
回転角・角速度センサ20は、走行制御SW10の回転角及び角速度を検出するためのセンサであって、回転角から操作量を検出すると共に、角速度から操作速度を検出する構成となっている。また、回転角・角速度センサ20は、検出した操作量と操作速度の情報をECU30に送信する構成となっている。
ECU30は、車両用走行制御装置1の全体を制御するものであって、走行制御SW10の回転方向の情報や、回転角・角速度センサ20により検出された操作量の情報等に基づく車両制御の制御信号を走行制御アクチュエータ40に送信するものである。この信号を受信することにより、走行制御アクチュエータ40は、車両動作を実行することとなる。
接触センサ50は、走行制御SW10に設けられた第1接触センサ51と、ステアリング70に設けられた第2接触センサ52とからなり、走行制御SW10とステアリング70に対する運転者の手指の接触状態を検出するものである。また、接触センサ50は、検出した手指の接触状態の情報をECU30に送信する構成となっている。
反力発生器60は、例えばモータにより構成され、走行制御SW10の回転軸11を通じて反力及びアシスト力を付与するものであって、ECU30により演算された反力及び
アシスト力を走行制御SW10に付与する構成となっている。特に、この反力発生器60は、接触センサ50により検出された走行制御SW10とステアリング70とのそれぞれの手指の接触状態に応じて、走行制御SW10に付与する反力及びアシスト力を変化させる構成となっている。加えて反力発生器60は、走行制御SW10の操作をロックするロック機能についても備えている。
次に、本実施形態に係る車両用走行制御方法について、フローチャートを参照して説明する。図4は、本実施形態に係る車両用走行制御方法を示すフローチャートである。図4に示すように、まず接触センサ50及びECU30は、走行制御SW10の操作量、操作速度、及び走行制御SW10の操作位置を検出すると共に、ステアリング把持位置を検出する(S1)。次いで、ECU30は、接触センサ50により検出された接触状態に基づいて、ステアリング70と走行制御SW10との双方に運転者の手指が接触しているか否かを判断する(S2)。
ステアリング70と走行制御SW10との双方に運転者の手指が接触していないと判断した場合(S2:NO)、ECU30は、運転者の意図した操作でないと判断する。通常、運転者が走行制御SW10を操作する場合、運転者はステアリング70を把持して走行制御SW10を操作するはずであり、共に接触していない場合には運転者の意図した操作が行われないはずである。よって、ECU30は反力発生器60を制御し、反力発生器60は走行制御SW10をロックする(S3)。これにより運転者の意図しない操作を禁止する。そして、図4に示す処理は終了する。
一方、ステアリング70と走行制御SW10との双方に運転者の手指が接触していると判断した場合(S2:YES)、ECU30は、走行制御SW10に付与すべき反力・アシスト力を演算する(S4)。この処理においてECU30は、接触センサ50により検出されたステアリング70の把持位置や、走行制御SW10の操作状態に応じて、反力及びアシスト力を演算する。そして、ECU30は、ステップS3にて演算した反力・アシスト力を走行制御SW10に付与し(S5)、図4に示す処理は終了する。
図5は、図4に示した反力・アシスト力演算処理(S4)の詳細を示すフローチャートである。図5に示すように、まずECU30は、初期反力F0を算出する(S11)。初期反力F0は、第1反力F1と第2反力(アシスト力)F2との和である。このうち第1反力F1は、ステアリング70の把持位置から決定され、第2反力F2は走行制御SW10の指接触位置から決定される。
図6は、ステアリング70の把持位置を示す図であり、図7は、ステアリング70の把持位置に応じた第1反力F1を示す図である。図6及び図7に示すように、運転者が操作入力を開始しようとした場合、ステアリング把持位置が適正位置A0から遠くなるほど、運転者の操作精度が悪化することが想定される。そのような操作による不用意な入力を防止するため、ECU30は、基準把持位置A0からの距離が遠くなるほど比例して第1反力F1を大きくする(図7参照)。特に、運転者の指が届かない把持位置A2からは指以外の箇所、例えば肘や腕などによる入力ということが想定されるため、第1反力F1をより一層大きくすることで、可能な限り不用意な操作を防止することとなる。
また、図8は、走行制御SW10の操作位置を示す図であり、図9は、走行制御SW10の操作位置に応じた第2反力F2を示す図である。図8及び図9に示すように、第1接触センサ51により検出された走行制御SW10上の指接触位置が回転軸11から遠くなるほど、運転者は走行制御SW10を操作し易くなり、近くなるほど走行制御SW10を操作し難くなる。このため、ECU30は、指接触位置と走行制御SW10の回転軸11とのモーメント長を算出し、該モーメント長が短くなるほど、第2反力F2を大きくする
。これにより、運転者は、走行制御SW10のどの位置で操作しても同じモーメントで操作することができるようになる。よって、操作が素早く行えるようになり、例えばアクセル操作からのブレーキ操作への操作変更時間の短縮や、速度調整の増減の微調整がし易くなるといった操作性の向上が見込める。
ECU30は、以上のような第1反力F1と第2反力F2との和を初期反力F0として算出する。次に、ECU30は、走行制御SW10の操作速度Vmがゼロであるか否かを判断する(S12)。操作速度Vmがゼロであると判断した場合(S12:YES)、図5に示す処理は終了する。そして、図4に示したステップS5において、ステップS11にて算出された初期反力F0が走行制御SW10に付与されることとなる。
一方、走行制御SW10の操作速度Vmがゼロでないと判断した場合(S12:NO)、すなわち走行制御SW10が操作等された場合、ECU30は、操作速度Vmが予め設定された運転者の最大操作速度V1以下であるか否かを判断する(S13)。ここで、運転者の走行制御SW10に対する操作速度Vmが最大操作速度V1以下でない場合(S13:NO)、すなわち操作速度Vmが最大操作速度V1を超える場合とは、運転者が意図した操作を行ったとはいえない。このため、ECU30は、走行制御SW10をロックすると判断する(S14)。そして、図5に示す処理は終了する。
一方、操作速度Vmが最大操作速度V1以下であると判断した場合(S13:YES)、運転者の操作速度Vmが、予め運転者の操作傾向に応じて設定された操作速度と操作量との(Sn,Vn)特性曲線上の操作速度Vn以上であるか否かを判断する(S15)。
図10は、(Sn,Vn)特性曲線を説明する図であって、(a)は運転者による走行制御SW10の操作量と周波数との関係を示し、(b)は運転者が走行制御SW10に付与する力と周波数との関係を示し、(c)は(Sn,Vn)特性曲線を示している。
まず、図10(a)に示すように、運転者の操作入力は操作周波数が高くなるほど操作量が小さくなる傾向にある。すなわち、操作速度Vmが高いほど操作量Sが小さくなる。また、図10(b)に示すように、運転者の操作入力は操作周波数が高くなるほど力が大きくなる傾向にある。すなわち、操作速度Vmが高いほど操作力が大きくなる。(Sn,Vn)特性曲線は、このような傾向に基づいて決定されている。なお、図10(c)には走行制御SW10をロックする最大操作速度V1についても示している。
再度図5を参照する。運転者の操作速度Vmが、(Sn,Vn)特性曲線上の操作速度Vn以上であるか否かを判断する(S15)。なお、操作速度Vmが(Sn,Vn)特性曲線上の操作速度Vn以上である場合、運転者の操作が傾向に合わないこととなる。このため、操作速度Vmが(Sn,Vn)特性曲線上の操作速度Vn以上である場合(S15:YES)、ECU30は、初期反力F0を超える反力F(F0+kn・Vm)を算出する(S16)。
図11は、操作速度Vmが(Sn,Vn)特性曲線上の操作速度Vn以上である場合に付与する反力Fを示す図である。図11に示すように、反力Fは、F=F0+kn・Vmなる式によって決定される。このため、反力Fは操作速度Vmが高くなるほど比例して大きくなる。
図12は、図11に示した反力勾配係数knを示す図である。また、図12に示すように、反力勾配係数knは、操作量Sが大きくなるに従って大きな値に設定される。このため、反力Fは、操作量Sにも依存し、操作量Sが大きくなるほど大きな値に設定されることとなる。
以上より、ECU30は、反力Fを算出する。そして、図5に示すうように、ECU30は、ステップS16にて算出した反力Fが反力の最大値Fmax以下であるか否かを判断する(S17)。
算出した反力Fが反力の最大値Fmax以下でないと判断した場合(S17:NO)、すなわち算出した反力Fが最大値Fmaxを超える場合、ECU30は、付与すべき反力Foutを最大値Fmaxとする(S18)。そして、処理はステップS12に移行する。ここで、最大値Fmaxは、運転者の力により入力可能と想定される値よりも小さくされている。このため、運転者の操作を実質的に禁止することなく、反力発生時においても運転者の操作を許可して、運転者の期待した車両動作を実現するようにしている。
算出した反力Fが反力の最大値Fmax以下であると判断した場合(S17:YES)、ECU30は、付与すべき反力Foutを反力Fとする(S19)。そして、処理はステップS12に移行する。
ところで、操作速度Vmが(Sn,Vn)特性曲線上の操作速度Vn以上でない場合(S15:NO)、ECU30は、付与すべき反力Foutを初期反力F0とする(S20)。すなわち、操作速度Vmが図10(c)に示す(Sn,Vn)特性曲線上の操作速度Vn未満である場合、反力Fを増加させることなく、図5に示す処理は終了することとなる。
このようにして、本実施形態に係る車両用走行制御装置1及び方法によれば、走行制御SW10とステアリング70とのそれぞれの接触状態に応じて、走行制御SW10に付与する反力を変化させるため、例えば運転者の手指が走行制御SW10とステアリング70との双方に接触している場合には運転者の意図的な操作であると判断でき、そうでない場合には運転者の意図しない走行制御SW10への接触であるなどと判断できる。これにより、運転者の意図に応じて走行制御SW10に付与する反力を変化することができる。従って、より運転者の意図に沿って車両を動作させることができる。
また、検出された運転者によるステアリング70の把持位置と、走行制御SW10に対する操作状態とに応じて、走行制御SW10に付与する反力を変化させるため、例えばステアリング70の把持位置から運転者が走行制御SW10を操作し得ない場合や、運転者が走行制御SW10をどのように操作したかに基づいて、反力を変化させることとなり、より一層運転者の意図に応じて走行制御SW10の反力を変化することができる。従って、より一層運転者の意図に沿って車両を動作させることができる。
また、検出された運転者によるステアリング70の把持位置が、予め定めた適正位置A0より遠くなるに従って、走行制御SW10に付与する反力を大きくする。ここで、例えばステアリング70の把持位置が走行制御SW10を操作するのに適した位置でない場合において操作入力があった場合、不意な操作入力であると考えられる。よって、ステアリング70の把持位置が適正位置から遠くなるほど反力を強くすることで、意図しない操作入力を防止することとなる。従って、より一層運転者の意図に沿って車両を動作させることができる。
また、運転者の走行制御SW10に対する操作速度Vmが、予め運転者の操作傾向に応じた設定された操作速度と操作量との(Sn,Vn)特性曲線上の操作速度Vn以上である場合、運転者の走行制御SW10に対する操作速度と操作量とに応じて走行制御SW10に付与する反力を大きくする。ここで、運転者の走行制御SW10に対する操作速度Vmが、予め運転者の操作傾向に応じた設定された操作速度と操作量との(Sn,Vn)特
性曲線上の操作速度Vn以上である場合とは、運転者が急な操作を行ったといえる。このような場合に反力を発生させないとすると、車両動作への影響が大きくなってしまうため、操作速度と操作量とに応じた反力を付与することより、車両動作への影響を抑えることができる。一方、運転者の走行制御SW10に対する操作速度Vmが(Sn,Vn)特性曲線上の操作速度Vn以上でない場合とは、運転者が緩やかな操作をしたといえる。このような場合には、反力を大きくせず操作の妨げにならないようにすることができる。従って、車両動作への影響を抑えつつ操作自体への妨げになってしまう事態を防止することができる。
また、走行制御SW10における運転者の指接触位置と回転軸11とのモーメント長が短くなるほどアシスト力F2を大きくするため、回転軸11に近い箇所を運転者が操作した場合には、遠い箇所を操作したときよりも高いアシスト力F2を得られることとなり、回転軸11に近い箇所を操作する場合において操作の容易化を図ることができる。
また、走行制御SW10に付与する反力の最大値Fmaxを、運転者の力により入力可能と想定される値よりも小さくされているため、運転者の操作を実質的に禁止することなく、反力発生時においても運転者の操作を許可して、運転者の期待した車両動作を実現することができる。
また、運転者の走行制御SW10に対する操作速度Vmが、予め設定された運転者の最大操作速度V1を超える場合、走行制御SW10をロックする。ここで、運転者の走行制御SW10に対する操作速度Vmが最大操作速度V1以上である場合とは、運転者の意図した操作といえず、このような場合に走行制御SW10をロックすることで意図しない操作による車両動作を防止することができる。
また、接触センサ50によりステアリング70と走行制御SW10との双方に運転者の手指による接触が無いと判断した場合、走行制御SW10をロックする。ここで、ステアリング70と走行制御SW10との双方に運転者の手指による接触が無い場合では運転者が走行制御SW10を意図して操作することがなく、このような場合に走行制御SW10をロックすることで、意図しない操作による車両動作を防止することができる。
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものでは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。例えば本実施形態において運転者の手指の接触状態は接触センサ50により検出しているが、これに限らず、カメラ映像の解析などにより検出されてもよい。
また、車両用走行制御装置1において、車両動作に関わる前後方向入力(図3に示す時計回り及び反時計回りの入力)は、加減速に限らずシフトレバーの変更など、他の内容であってもよい。
1…車両用走行制御装置
10…走行制御SW(手動操作部)
11…回転軸
20…回転角・角速度センサ
30…ECU
40…走行制御アクチュエータ
50…接触センサ(接触検出手段)
51…第1接触センサ
52…第2接触センサ
60…反力発生器(反力変化手段、アシスト手段)
70…ステアリング

Claims (9)

  1. ステアリングに設けられた手動操作部に対する操作内容に応じて車両走行を制御する車両用走行制御装置であって、
    前記手動操作部及び前記ステアリングに対する運転者の手指の接触状態を検出する接触検出手段と、
    前記接触検出手段により検出された前記手動操作部と前記ステアリングとのそれぞれの接触状態に応じて、前記手動操作部に付与する反力を変化させる反力変化手段と、
    を備えることを特徴とする車両用走行制御装置。
  2. 前記反力変化手段は、前記接触検出手段により検出された運転者によるステアリングの把持位置と、前記手動操作部に対する操作状態とに応じて、前記手動操作部に付与する反力を変化させる
    ことを特徴とする請求項1に記載の車両用走行制御装置。
  3. 前記反力変化手段は、前記接触検出手段により検出された運転者によるステアリングの把持位置が、予め定めた適正位置より遠くなるに従って、前記手動操作部に付与する反力を大きくする
    ことを特徴とする請求項2に記載の車両用走行制御装置。
  4. 前記反力変化手段は、運転者の前記手動操作部に対する操作速度が、予め運転者の操作傾向に応じて設定された操作速度と操作量との特性曲線上の操作速度以上である場合、運転者の前記手動操作部に対する操作速度と操作量とに応じて前記手動操作部に付与する反力を大きくする
    ことを特徴とする請求項2に記載の車両用走行制御装置。
  5. 前記手動操作部に対する運転者の操作をアシストするアシスト手段をさらに備え、
    前記手動操作部は、回転軸を中心に回転させることにより操作を行う構造であり、
    前記アシスト手段は、前記手動操作部における運転者の指接触位置と前記回転軸とのモーメント長が短くなるほどアシスト力を大きくする
    ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の車両用走行制御装置。
  6. 前記反力変化手段は、前記手動操作部に付与する反力の最大値を、運転者の力により入力可能と想定される値よりも小さくされている
    ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の車両用走行制御装置。
  7. 前記反力変化手段は、運転者の前記手動操作部に対する操作速度が、予め設定された運転者の最大操作速度を超える場合、前記手動操作部をロックする
    ことを特徴とする請求項4に記載の車両用走行制御装置。
  8. 前記反力変化手段は、前記接触検出手段により前記ステアリングと前記手動操作部との双方に運転者の手指による接触が無いと判断した場合、前記手動操作部をロックする
    ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の車両用走行制御装置。
  9. ステアリングに設けられた手動操作部に対する操作内容に応じて車両走行を制御する車両用走行制御方法であって、
    前記手動操作部及び前記ステアリングに対する運転者の手指の接触状態を検出する接触検出工程と、
    前記接触検出工程において検出された前記手動操作部と前記ステアリングとのそれぞれの接触状態に応じて、前記手動操作部に付与する反力を変化させる反力変化工程と、
    を備えることを特徴とする車両用走行制御方法。
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