JP2018047885A

JP2018047885A - 車両の操舵装置

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Publication number: JP2018047885A
Application number: JP2017042847A
Authority: JP
Inventors: 毛利　宏; Hiroshi Mori; 宏毛利; 迅玉川; Jin Tamagawa; 恵介風間; Keisuke Kazama
Original assignee: Tokyo University of Agriculture and Technology NUC
Current assignee: Tokyo University of Agriculture and Technology NUC
Priority date: 2016-09-16
Filing date: 2017-03-07
Publication date: 2018-03-29

Abstract

【課題】ドライバと車両との干渉を抑制する。【解決手段】車両の操舵装置１０は、作動されることで前輪１４の操舵角が変更される自動操舵部２６と、操作ハンドル１６と、を備えている。操作ハンドル１６は、乗員の一方の手により把持されると共に車両前後方向へ変位される右側把持部１６Ｒ及び乗員の他方の手により把持されると共に車両前後方向へ変位される左側把持部１６Ｌを有している。また、操作ハンドル１６は、乗員の操作によって右側把持部１６Ｒが変位されると共に左側把持部１６Ｌが右側把持部１６Ｒとは反対側へ変位されることで前輪１４の操舵角が変更される。さらに、操作ハンドル１６は、自動操舵部２６が作動された際に前輪１４の操舵角に応じて変位される。【選択図】図２

Description

本発明は、車両の操舵装置に関する。

下記特許文献１には、車両の緊急時に、障害物を自動で回避することが可能とされた車両用支援制御装置が開示されている。この文献に記載された車両用支援制御装置では、車両が、障害物を回避するように目標経路を生成し、その目標経路に沿うように走行するために自動で車両の進行方向を変更する。そして、ドライバと車両との干渉を抑制するために、ドライバがステアリングホイールを操作することで前輪の操舵角が変更されるようになっており、車両が後輪の操舵角や左右の制動力及び駆動力の配分を変更することで車両の進行方向が変更されるようになっている。

特開２００７−２５３７７０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された構成では、ドライバが障害物を回避するために当該ドライバが判断した回避経路と車両が障害物を回避するために生成した目標経路とが異なる場合がある。また、通常の自動運転時においても、ドライバの目標経路と車両が生成した目標経路とが異なる場合がある。すなわち、上記特許文献１に記載された構成では、ドライバと車両との干渉を抑制するという観点で改善の余地がある。

本発明は上記事実を考慮し、ドライバと車両との干渉を抑制することができる車両の操舵装置を得ることが目的である。

請求項１記載の車両の操舵装置は、作動されることで操舵輪の操舵角が変更される自動操舵部と、乗員の一方の手により把持されると共に車両前後方向及び上下方向の少なくとも一方側へ変位される第１把持部及び乗員の他方の手により把持されると共に車両前後方向及び上下方向の少なくとも一方側へ変位される第２把持部を有し、前記乗員の操作によって前記第１把持部が変位されると共に前記第２把持部が前記第１把持部とは反対側へ変位されることで前記操舵輪の操舵角が変更され、前記自動操舵部が作動された際に前記操舵輪の前記操舵角に応じて変位される操作部と、を備えている。

請求項１記載の車両の操舵装置によれば、自動操舵部が作動されると、操舵輪の操舵角が変更される。これにより、車両の進行方向を変更することができる。ここで、自動操舵部が作動されている際においては、操作部が操舵輪の操舵角に応じて変位される。また、ドライバである乗員が、操舵部の第１把持部及び第２把持部の少なくとも一方を変位させると、操舵輪の操舵角が変更される。これにより、車両の進行方向を変更することができる。このように、自動操舵部が作動される際に操作部が操舵輪の操舵角に応じて変位されると共に、乗員が操作部を操作することで操作部の操作量に応じて操舵輪の操舵角が変更される構成とすることで、すなわち、自動操舵部が作動される場合及び乗員が操作部を操作する場合の両方の場合で、同一の操作部が変位される構成とすることで、乗員が意図していない方向へ操作部が変位される（操舵輪の操舵角が変更される）ことを抑制することができる。

また、請求項１記載の発明では、操作部の第１把持部が、車両前後方向及び上下方向の少なくとも一方側へ変位されると、当該操作部の第２把持部が、第１把持部とは反対側へ変位される。このように、乗員により操作される操作部が回転変位されない又は操作部の回転変位量が少なくなる構成とすることで、自動操舵部が作動される場合及び乗員が操作部を操作する場合の両方の場合における操作部の変位量を少なくすることができる。これにより、自動操舵部と乗員の操作とが干渉し難いシステムを構築することができる。

請求項２記載の車両の操舵装置は、請求項１記載の車両の操舵装置において、前記操作部は所定の角度だけ傾動可能とされており、前記所定の角度の範囲において、前記乗員が前記第１把持部および前記第２把持部の少なくとも一方を把持したまま前記操作部を傾動可能とされている。

請求項２記載の車両の操舵装置によれば、乗員が、操作部の第１把持部および第２把持部の少なくとも一方を把持したまま当該操作部を傾動可能とされている。すなわち、乗員は、操作部の持ち替え操作をすることなく操作範囲の全範囲で操作部を操作することができる。これにより、車両の操縦性を良好にすることができる。

請求項３記載の車両の操舵装置は、請求項１又は請求項２記載の車両の操舵装置において、前記自動操舵部が作動されることで前記操舵輪の操舵角が変更される際に、前記乗員から前記操作部に操作力が入力されることで、前記操作部の操作量に応じて前記操舵輪の操舵角が変更される。

請求項３記載の車両の操舵装置によれば、自動操舵部が作動されることで操舵輪の操舵角が変更される際に、乗員から操作部に操作力が入力されると、操作部の操作量に応じて操舵輪の操舵角が変更される。すなわち、請求項３記載の発明では、自動操舵部よりも乗員による操作部の操作を優先させることができる。

請求項４記載の車両の操舵装置は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車両の操舵装置において、前記乗員の手のひらが車両下方側へ向けられた状態で、前記第１把持部及び前記第２把持部の少なくとも一方が前記乗員の手によって把持される。

請求項４記載の車両の操舵装置によれば、乗員の手のひらが車両下方側へ向けられた状態で、操作部の第１把持部及び第２把持部の少なくとも一方が乗員の手によって把持される構成とすることで、車両の操縦性を良好にすることができる。

請求項５記載の車両の操舵装置は、請求項１〜請求項４いずれか１項に記載の車両の操舵装置において、前記操作部と前記操舵輪との間には、前記操作部から前記操舵輪に伝達される操作力を調節する操作力調節機構が設けられており、前記操作力調節機構は、前記第１把持部及び前記第２把持部の変位を妨げる方向への力を前記操作部に入力することが可能とされた。

請求項５記載の車両の操舵装置によれば、操作力調節機構が、操作部と操舵輪との間に設けられており、この操作力調節機構は、第１把持部及び第２把持部の変位を妨げる方向への力を操作部に入力する。これにより、操作部の過大な変位等が抑制され、車両の操縦性を良好にすることができる。

本発明に係る車両の操舵装置は、ドライバと車両との干渉を抑制することができる、という優れた効果を有する。

本実施形態の車両の操舵装置の操作ハンドルを操作する乗員を示す斜視図である。本実施形態の車両の操舵装置を模式的に示した模式図である。本実施形態の車両の操舵装置を備えた車両を示す平面図である。障害物との衝突を制動及び操舵により回避する際に必要な最小な距離と車速の関係を示すグラフである。車両と障害物の位置関係を模式的に示す平面図である。ポテンシャルフィールドを示す模式図である。回避時の最適操舵角を示すグラフである。回避時の最適回避経路を示すグラフである。回避直後に通過する曲率半径250mのカーブを模式的に示す平面図である。他の構成の自動操舵を模式的に示す模式図である。目標前輪舵角、実前輪舵角を示すグラフである。操舵トルクを示すグラフである。丸ハンドル及びバーハンドルの車両軌跡を示すグラフである。丸ハンドル及びバーハンドルの車両軌跡を示すグラフである。車両ヨー角の時系列データを示すグラフである。

図１〜図３を用いて本発明の実施形態に係る車両の操舵装置について説明する。なお、各図に適宜記す矢印ＦＲ、矢印ＵＰ、矢印ＬＨ及び矢印ＲＨは、車両の前方向、車両の上方向、車両左右方向（車幅方向）の左側及び右側方向をそれぞれ示している。また以下、単に前後、左右、上下の方向を用いて説明する場合は、特に断りのない限り、車両前後方向の前後、車両左右方向（車幅方向）の左右、車両上下方向の上下を示すものとする。

図３に示されるように、本実施形態の車両の操舵装置１０は、車両１２の前部に設けられた操舵輪としての２本の前輪１４の操舵角を変更するための装置である。具体的には、図２及び図３に示されるように、車両の操舵装置１０は、車両１２のドライバである乗員Ｐ（図１参照）により操作される操作部としての操作ハンドル１６と、操作ハンドル１６が接続されていると共に当該操作ハンドル１６が傾動されることで回転されるシャフト１８と、を備えている。また、車両の操舵装置１０は、シャフト１８と共に回転される回転板２０と、左右一対の前輪１４をそれぞれ支持する左右一対のナックル２２と、左右一対のナックル２２と回転板２０とを接続する左右一対のロッド２４と、を備えている。さらに、車両の操舵装置１０は、前輪１４の操舵角を自動で変更する自動操舵部２６の一部を構成すると共に操作ハンドル１６から前輪１４に伝達される操作力を調節する操作力調節機構２８の一部を構成するパワーステアリング装置３０及びＥＣＵ３２を備えている。

図１に示されるように、操作ハンドル１６は、オートバイ等の鞍乗型車両に用いられるバーハンドルと同様に構成されている。この操作ハンドル１６は、前輪１４が直進方向（矢印ＦＲ方向）に向けられた状態で左右方向を長手方向とする棒状に形成されている。また、操作ハンドル１６の右側の端部は、乗員Ｐの右手Ｈ１によって把持される第１把持部としての右側把持部１６Ｒとされており、操作ハンドル１６の左側の端部は、乗員Ｐの左手Ｈ２によって把持される第２把持部としての左側把持部１６Ｌとされている。さらに、操作ハンドル１６の長手方向の中央部は、ハンドル支持部１７を介して後述するシャフト１８（図２参照）に接続されている。また、本実施形態では、操作ハンドル１６の右側把持部１６Ｒ及び左側把持部１６Ｌが、車両用シート４８に着座した乗員Ｐの右手Ｈ１の手のひら及び左手Ｈ２の手のひらが下方側に向けられた状態で、当該乗員Ｐの右手Ｈ１及び左手Ｈ２によって把持される。そして、本実施形態では、乗員Ｐが、操作ハンドル１６の右側把持部１６Ｒ及び左側把持部１６Ｌを把持したまま、当該操作ハンドル１６を操作範囲の全範囲において前後方向に傾動させることが可能となっている。

図２に示されるように、シャフト１８は、操作ハンドル１６の操作角度（傾動角度）と対応する角度だけ回転する。このシャフト１８における操作ハンドル１６側には、トーションバー３４が設けられている。そして、このトーションバー３４の捩れ量が検出されることで、乗員Ｐから操作ハンドル１６に入力された操作力を検出することが可能となっている、また、シャフト１８においてトーションバー３４が設けられた部分よりも回転板２０側には、後述するパワーステアリング装置３０の一部を構成するドリブンギヤ４０が固定されている。そして、本実施形態では、操作ハンドル１６に入力された乗員Ｐからの操作力が、シャフト１８、回転板２０及びロッド２４を介してナックル２２に伝達されることで、ナックル２２に支持された前輪１４の操舵角（転舵角）が変更されるようになっている。なお、本実施形態では、操作ハンドル１６の操作角度と前輪１４の操舵角度との比（ステアリングギヤ比）が約１に設定されている。

パワーステアリング装置３０は、パワーステアリングモータ３６と、パワーステアリングモータ３６によって回転されるドライブギヤ３８と、ドライブギヤ３８と噛み合うドリブンギヤ４０と、を含んで構成されている。そして、後述するＥＣＵ３２（図３参照）によって、パワーステアリングモータ３６が作動されて、当該パワーステアリングモータ３６の回転力がドライブギヤ３８及びドリブンギヤ４０を介してシャフト１８に伝達されることで、操作ハンドル１６の操作をアシストすることが可能となっていると共に、操作ハンドル１６に操作力が入力されていない状態においても前輪１４の操舵角を変更することが可能となっている。

図３に示されるように、ＥＣＵ３２は、当該ＥＣＵ３２に入力された各種信号に基づいて車両１２の各部を制御する。具体的には、ＥＣＵ３２は、パワーステアリング装置３０のパワーステアリングモータ３６（図２参照）の出力を制御する。

ＥＣＵ３２には、トーションバー３４（図２参照）の捩れ量に対応する信号、車両１２の車速等の信号が入力される。そして、ＥＣＵ３２は、トーションバー３４の捩れ量及び車両１２の車速等に応じてパワーステアリングモータ３６の出力を調節する。一例として、トーションバー３４の捩れ量が所定値を超え、かつ車両１２の車速が低速度である場合においては、パワーステアリングモータ３６の出力を大きくする。これに対して、車両１２の車速が高速度である場合においては、パワーステアリングモータ３６の出力を小さくする。

また、ＥＣＵ３２には、車両１２の周囲の障害物、路面の形状及び車線等を検出するためのステレオカメラ４２、レーザレンジファインダ４４及びミリ波レーダ４６からの信号が入力される。そして、ＥＣＵ３２は、乗員Ｐが操作ハンドル１６を操作している際に、ステレオカメラ４２及びトーションバー３４等から入力された信号に基づいて車両１２が車線から逸脱すると判断した場合に、操作ハンドル１６の操作を妨げる方向へパワーステアリングモータ３６を作動させる（逆アシストを行う）。

さらに、ＥＣＵ３２は、操作ハンドル１６に操作力が入力されていない場合においてもパワーステアリングモータ３６を作動させる。具体的には、ＥＣＵ３２は、ステレオカメラ４２等からの信号に基づいてパワーステアリングモータ３６を作動させて、前輪１４の操舵角を変更する。これにより、車両１２の自動運転が実現される。ここで、本実施形態では、前輪１４を支持するナックル２２と操作ハンドル１６とが、ロッド２４、回転板２０及びシャフト１８を介して機械的に接続されている。そのため、車両１２が自動運転モードで走行している際においても、操作ハンドル１６が前輪１４の操舵角に応じる位置に変位されるようになっている。

また、車両１２が自動運転モードで走行している際に、乗員Ｐから操作ハンドル１６に操作力が入力されると、ＥＣＵ３２は、操作ハンドル１６に入力された操作を妨げる方向へパワーステアリングモータ３６を作動させない。すなわち、ＥＣＵ３２は、操作ハンドル１６に入力された操作を優先させる。詳述すると、乗員Ｐから操作ハンドル１６に入力された操作力はトーションバー３４で検出され、当該トーションバー３４の捩れ角が所定値以上になったときに、ＥＣＵ３２は、乗員Ｐの操作と自動操舵が干渉していると判断する。乗員Ｐの操作と自動操舵が干渉していると判断された場合には、ＥＣＵ３２は、自動操舵の制御力を漸減させ（パワーステアリングモータ３６のトルクを徐々に小さくし）、ドライバの過度の操舵を防止する。

（本実施形態の作用並びに効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。

図１〜図３に示されるように、本実施形態の車両の操舵装置１０を備えた車両１２では、車両用シート４８（運転席）に着座した乗員Ｐが左折をしたいと判断した場合、乗員Ｐは操作ハンドル１６を左側へ傾ける。すなわち、乗員Ｐは、操作ハンドル１６の左側把持部１６Ｌを後方側へ引くと共に右側把持部１６Ｒを前方側へ押し出すように変位させる。これにより、操作ハンドル１６を傾けた角度に対応する角度だけ前輪１４の操舵角が左側へ変更される。また、乗員Ｐが右折をしたいと判断した場合、乗員Ｐは操作ハンドル１６を右側へ傾ける。すなわち、乗員Ｐは、操作ハンドル１６の右側把持部１６Ｒを後方側へ引くと共に左側把持部１６Ｌを前方側へ押し出すように変位させる。これにより、操作ハンドル１６を傾けた角度に対応する角度だけ前輪１４の操舵角が右側へ変更される。なお、乗員Ｐは、シフト操作等の際に片方の手で操作ハンドル１６を操作することもできる。

また、本実施形態の車両の操舵装置１０を備えた車両１２は、自動運転モードを選択することができる。車両１２が自動運転モードで走行している場合、操作ハンドル１６が前輪１４の操舵角に応じる位置に変位される。すなわち、乗員Ｐが操作ハンドル１６に触れていない状態においても、操作ハンドル１６が傾動される。

ここで、本実施形態では、自動運転モードで車両１２が運転される場合及び乗員Ｐが操作ハンドル１６を操作する場合の両方の場合で、同一の操作ハンドル１６が変位される構成とすることで、乗員Ｐが意図していない方向へ操作ハンドル１６が変位される（前輪１４の操舵角が変更される）ことを抑制することができる。

また、本実施形態では、一般的な操作部としての丸型ステアリングホイールに対して、操作ハンドル１６の操舵角及び操舵角速度を小さくすることができる。これにより、自動運転を行う車両１２と乗員Ｐの操作とが干渉し難いシステムを構築することができる。

なお、丸型ステアリングホイールにおいてステアリングギヤ比を本実施形態のように小さくすればよいように考えられるが、通常の丸型ステアリングホイールでステアリングギヤ比を本実施形態のように小さくすると、丸型ステアリングホイールの操作量（回転角）に対する車両１２のゲインが増大し（丸型ステアリングホイールを少しだけ切っただけでも、車両１２が急激に反応し）、走行中の車両１２の動きが不安定になることが、実験において明らかになっている。

その一方で、本実施形態の操作ハンドル１６では、ステアリングギヤ比を小さくしても、走行中の車両１２の動きが不安定になることを抑制できると共に運転のし易さという点においても有利であることが、実験的において確認できた。このように、走行中の車両１２の動きが不安定になることを抑制できると共に運転のし易さという点においても有利となる原理については、現時点では判明していないが、以下のような原理によるものとの仮説を立てている。

一例として、乗員Ｐが操作ハンドル１６の左右方向の両端を見て、乗員Ｐが操作ハンドル１６に大きな操舵角、操舵角速度を入力しないというメンタルモデルができている（アフォーダンス）ことによるものと考えられる。また、乗員Ｐの筋肉及び骨格系の制約で、乗員Ｐが操作ハンドル１６へ大きな操舵角、操舵角速度を入力しなくなるとも考えられる。例えば、操作ハンドル１６の右側把持部１６Ｒ及び左側把持部１６Ｌが、車両用シート４８に着座した乗員Ｐの右手Ｈ１の手のひら及び左手Ｈ２の手のひらが下方側に向けられた状態で、当該乗員Ｐの右手Ｈ１及び左手Ｈ２によって把持されることによって、乗員Ｐが操作ハンドル１６へ大きな操舵角、操舵角速度を入力しなくなるとも考えられる。

なお、本実施形態では、前輪１４を支持するナックル２２と操作ハンドル１６とが、ロッド２４、回転板２０及びシャフト１８を介して機械的に接続されている例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、前輪１４を支持するナックル２２と操作ハンドル１６とが機械的に接続されていない所謂ステアバイワイヤの構成を採ることもできる。

また、本実施形態では、ステアリングギヤ比を１に設定した例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ステアリングギヤ比は、操作ハンドル１６が１８０°以上傾動されない程度に設定すればよい。

さらに、本実施形態では、操作ハンドル１６が前後方向に傾動される例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、操作ハンドル１６が上下方向に傾動されるように構成してもよい。

また、本実施形態では、車両１２の自動運転を実現するために、ステレオカメラ４２、レーザレンジファインダ４４及びミリ波レーダ４６を設けた例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、車両１２の位置を推定するためのＧＮＳＳや車両１２の動きを予測するためのＩＭＵ等を設けてもよい。

（緊急操舵回避支援システムの支援効果とドライバ干渉問題の両立についての具体的な検討）
次に、緊急操舵回避支援システムの支援効果とドライバ干渉問題の両立についての具体的な検討について説明する。

1．背景
近年、車両技術の向上や法規制により、交通事故は減少してきた。しかし、「警察庁交通局：平成26年中の交通事故の発生状況，pp41(2015)」によれば、平成26年度より過去10年間において、高速道路における停止車両および移動車両への衝突事故件数は減少傾向になく、全体の7割近くを占めている。
このような衝突事故を未然に防ぐ技術に障害物に対してブレーキを自動で制御する衝突被害軽減ブレーキ(AEB：Automatic Emergency Brake)が既に実用化されており、自動車事故対策機構JNCAPでは60km/h以下の車速での試験が行われている（国土交通省，予防安全性能評価，(2016)，pp.8−17参照）。

ここで、障害物との衝突を制動及び操舵により回避する際に、必要な最小な距離と車速の関係を図４に示す（参考文献：特開２００９−１５４６０７号公報）。例えば100km/hで走行中の場合、回避には制動で49ｍを要するが、操舵ならば約半分の29mで回避可能あり、高速走行時は操舵による回避の有用性が高まる。そのため、平均車速の速い高速道路で最も多い割合を占める停止車両への衝突事故を未然に防ぐためには、ステアリングを自動で制御して衝突を防ぐ緊急操舵回避システムが必要不可欠である。現在緊急操舵回避システムの研究・開発は、「堀内慎一郎，平尾隆介，岡田一行，納富信也，“車両の緊急障害物回避における最適操舵・制動制御” ，日本機械学会論文集C編，Vol．72，No．722，pp．180-185．」や「西羅光，“シミュレーションによる予測を活用した障害物回避支援装置の研究事例”シミュレーションVol．31，No．１(2012)」等に示されるように数多く行われている。しかしながら、緊急操舵回避システムは急操舵となるため、人間と機械の干渉が生じる等の課題がある。

そこで、前述したように、我々は操舵系の構成を変更して、ドライバに受け入れられ易い操舵回避システムについて検討した。その第一段階としてバイクやバギー等に搭載されているバー形状操舵系(以下、バーハンドル（図１の操作ハンドル１６参照）)のシミュレータ実験結果を実施した。従来のステアリングホイールに比べ、バーハンドルではギヤ比を小さくしても高速走行が可能なこと、また中低速の運転が格段に容易になることが既に示されている（参考：北原圭，孕石泰丈，毛利宏，“上肢の運動に着目した新しい運転操作系の提案”，日本機械学会論文集C編，Vol．79，No．806 (2013)，pp．38-45．
）。このシステムを用いれば、緊急操舵回避時に発生する操舵角、操舵角速度を小さくすることが可能になり、ドライバは緊急操舵回避中、および回避後も安全に対応可能になることが期待できる。

2．緊急操舵回避システム
2.1. 支援システムの設計要件
緊急操舵回避支援システム等の次世代支援システムにおいて、ドライバが支援内容を十分に理解し、システムへの過度な信頼および不信を招かせない必要がある．そこで、本システムを構築する際、ASV第3期の成果報告書（国土交通省自動車交通局先進安全自動車推進検討会，先進安全自動車（ＡＳＶ）推進計画報告書 −第３期ＡＳＶ計画における活動成果について−，(2006)，pp．24-25）の運転支援の考え方8項目を参考にし、以下の（１）〜（４）のような設計を行った。
（１）自動操舵を開始するのはドライバの回避意図がなく、干渉を起こさない必要があるため、衝突予測時間(TTC : Time To Collision)が0.8[sec]以下の時とする。
（２）回避経路に他の走行車両や障害物がなく、新たな事故が発生しないと判断されたときのみ発動する。
（３）緊急操舵回避発動中は常にドライバがオーバーライドできることとする。
（４）緊急操舵回避後にドライバに運転権限移譲を円滑に行うため、ドライバへの権限移譲は車体およびステア角が中立に戻った後0.15秒後とし、それ以降は通常運転に復帰する。

上記（１）はドライバがシステムに対して過度な依存や不信を起こさず、適正な信頼が得られるようなシステムとする。報告書によればドライバの意思で停止障害物をよけるときの車速とTTCの関係は以下の表１のとおりであり、車速によらずほぼ一定である。過信・不信を抑えるためにはドライバが通常運転で行う行動と干渉しないタイミングで支援を行う必要があるため、動作開始TTCを0.8sec以下と設定した。

上記（２）はシステム作動により安全性が低下しないことを目的としたものである。操舵回避を行った際に新たな事故を誘発する恐れがある際には、システムは働かずAEB等により被害の軽減を行う。

上記（３）はドライバの意思を尊重するための措置である。主なオーバーライド手法は、自動操舵と異なる操舵角にドライバが操舵することである。ステア内モータによりドライバが反力を出力し続けた際、徐々に操舵力を減少させ、ドライバの意図しないハンドル角の発生を抑える。必要な操舵トルクおよび介入判断時間は試行錯誤的に５Nm、0.5secとした。

上記（４）はドライバへの運転権限移譲を円滑に行うための措置である。ドライバへの権限移譲をステア角が中立になった瞬間ではなく、0.15秒ほど制御を続けることでドライバの上肢の慣性による操舵を防ぐことができる。継続時間は試行錯誤的に求めた。

2.2. 経路生成問題
車両の運動方程式をオイラー法に基づいて離散化し、以下の式１ように設定した。

ただし、ａ_１１、ａ_１２、ａ_２１、ａ_２２、ｂ_１１、ｂ_１２は、以下の式２〜式７に示される通りである。

また、各パラメータは、以下の表に示される通りである。

ただし、γ、β、φ、ｙはそれぞれ車両のヨーレイト、スリップ角、ヨー角、横位置を示す。

実験を行うにあたって、緊急操舵回避支援システムの経路および操舵角を最適制御問題として求めた。最適化にはmatlabの関数、fminconを用いた。この時、車両と障害物の位置関係は図５のように設定した。ただし、前方障害物の座標を(x₀、y₀)=(150、1.5)とし、自車両の座標を(x、y)とする。自車両の速度は100km/hで一定とする。
回避時の最適操舵角は回避に必要な操舵角を振幅、周波数の異なる三つの半周期の正弦波で近似し、振幅、周波数をパラメータとして最適化した。
評価関数を設定するにあたり、ポテンシャルフィールドP(x、y)を図６のように作成した。ポテンシャルフィールドは作成した座標位置の危険度を表し、停止車両および道路中央線付近で値が高くなる。
最適化する評価関数Jは前述のP(x、y)および横加速度αを時間積分して、以下の式８ように定義した。

式８の第1、3、4項はポテンシャルフィールドの時間積分、第2項は横加速度の時間積分である。
ただし、Ａ、Ｂ、Ｃ_１、Ｃ_２、ｗ_１、ｗ_２はそれぞれの重みである。

非線形制約は以下の表の通りとした。

ただし、α、ωはそれぞれ横加速度、操舵角速度を表す。

以上により求めた最適操舵角および回避経路を図７及び図８に示す。

3．緊急操舵回避実験
100km/hでACCを使って先行車追従中に、先行車が急な車線変更を行い、その先に渋滞末尾が現れた状況を想定した。先行車が渋滞末尾に変わったため、相対車速が瞬間的に増加し、AEBでは衝突不可避の状態に陥る。これはNHTSAで検討したACCの最悪シナリオと呼ばれる（Kajetan Kietlinski, “OCCUPANT BEHAVIOR DURING A ONE-LANE CHANGE MANEUVER RESULTING FROM AUTONOMOUS EMERGENCY STEERING”, TASS International The Netherlands No.13-0383）。これを回避したときのドライバ状態を調べるため、回避直後に曲率半径250mのカーブを設置した(図９Ａ参照)。

実験はギヤ比20の従来のステアリングホイール（以下、丸ハンドル）と、ギヤ比１のバーハンドルで実施した。なお、両ハンドルともモデルマッチングおよび外乱オブザーバで目標舵角に制御され、緊急操舵回避中はドライバによるトルク入力はオーバーライド条件を満たさない限り不可能である。車両は自車両、ACC追従対象車両、停止車両のみで構成され、前述の設計要件（２）に該当する他車両は存在しないものとした。

自動操舵は上記とは別の方法での構成も可能である。この構成を図９Ｂに示す。この図に示されるように、周囲の交通環境に応じて人間は操作を行う。その構成は一般に、検知，認識，判断，操作のプロセスで構成されると言われている。また、機械もセンサで周囲環境を検出し、それがどのような構造，物体であるかを認識し、目標軌道を判断部で生成する。図９Ｂでは，人間の決めた目標操舵角を以下の式９で示しており、機械の決めた目標操舵角を以下の式１０として記している。これらの差に応じて操舵トルクTを、図２のパワーステアリングモータ３６を駆動して発生させてドライバに付加し、前記操舵トルクでドライバに操舵を促すようにしても、先の方法（自動操舵）と同様のことが可能になる。この方法は、一般に「協調運転」と呼ばれる。図には一例として，付加する操舵トルクTを以下の式１１で生成する例を示した。なお、Ｋ_１，Ｋ_２は適当な定数である。

仮にドライバが全く操舵を行わない場合には、以下の式１２及び式１３となり、付加された操舵トルクが以下の式１４となるようにPD制御されたことになる。つまり、機械の目標操舵角に自動操舵される。
この方法によれば，上記の方法とは異なり、式１１の係数Ｋ_１，Ｋ_２の大きさを適宜調整することにより、回避操舵中にもドライバが機械とは異なる操舵が可能になる。規定トルク入力以上のドライバトルクが入力された場合には、先に述べた方法と同様に、人間が完全に機械をオーバーライドできる。

4．結果
目標前輪舵角、実前輪舵角および操舵トルクを図１０及び図１１に示す。
緊急操舵回避中の前輪舵角は両者とも目標舵角に沿わないことが分かり、丸ハンドルにおいて顕著である（図中丸印で囲まれた箇所参照）。これはドライバの把持による上肢の慣性モーメント等の影響であると考えられる。すなわち、丸ハンドルはバーハンドルに比べて適切な回避が行われない可能性がある。
さらに、緊急操舵回避後は丸ハンドルの収束性はバーハンドルに劣っており（図中において矢印で示された箇所参照）、回避後に車体が不安定になっていることが分かる。
図１１より、丸ハンドルでは緊急操舵回避中のドライバトルクの最大値および最小値が±20Nm近くまで上昇しており（図中において矢印で示された箇所参照）、バーハンドルよりドライバが回避中に緊急操舵にしてしまう傾向にあることが分かる。

図１２Ａ及び図１２Ｂに両者の車両軌跡を示す。
これらの図に示されるように、丸ハンドルでは緊急操舵回避後、カーブを曲がり切ることができずに車線を逸脱することが分かった。

図１３に車両ヨー角の時系列データを示す。
この図に示されるように、丸ハンドルでは操舵回避後に振動（図中において矢印で示された箇所参照）していることが分かる。これはドライバが緊急操舵回避直後に安全に運転を再開できず、車線を逸脱し、慌てて元の車線に戻ろうとしたときに蛇行してしまうためである。バーハンドル運転時には回避直後にも円滑に運転再開できる状態にあるため、振動が発生しない。

5．まとめ
ここでは緊急操舵回避経路および操舵角を最適化手法により求めた。バーハンドルを用いて、回避性能および回避後のドライバの操舵性能を比較した。丸ハンドルでは、回避時に目標値から大きくずれる一方で、バーハンドルでは操舵角操舵トルクが小さく抑えられ、回避時および回避後適切な運転が可能になることが分かった。回避後のドライバによる運転能力を比較したとき、ステアリングホイールでは車線を逸脱してしまうが、バーハンドル運転時に逸脱は見られなかった。また、バーハンドルはステアリングホイールと比較してヨー角、前輪舵角の収束性と速応性が高いことが分かった。このことから、バーハンドルでは従来の丸ハンドルの操舵回避性能を向上させ、さらに回避後のドライバ運転能力に支障をきさず、回避性能を維持しつつドライバが安全に使える。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。

１０車両の操舵装置
１６操作ハンドル（操作部）
１６Ｌ左側把持部（第２把持部）
１６Ｒ右側把持部（第１把持部）
２６自動操舵部
２８操作力調節機構

Claims

作動されることで操舵輪の操舵角が変更される自動操舵部と、
乗員の一方の手により把持されると共に車両前後方向及び上下方向の少なくとも一方側へ変位される第１把持部及び乗員の他方の手により把持されると共に車両前後方向及び上下方向の少なくとも一方側へ変位される第２把持部を有し、前記乗員の操作によって前記第１把持部が変位されると共に前記第２把持部が前記第１把持部とは反対側へ変位されることで前記操舵輪の操舵角が変更され、前記自動操舵部が作動された際に前記操舵輪の前記操舵角に応じて変位される操作部と、
を備えた車両の操舵装置。
前記操作部は所定の角度だけ傾動可能とされており、
前記所定の角度の範囲において、前記乗員が前記第１把持部および前記第２把持部の少なくとも一方を把持したまま前記操作部を傾動可能とされた請求項１記載の車両の操舵装置。
前記自動操舵部が作動されることで前記操舵輪の操舵角が変更される際に、前記乗員から前記操作部に操作力が入力されることで、前記操作部の操作量に応じて前記操舵輪の操舵角が変更される請求項１又は請求項２記載の車両の操舵装置。
前記乗員の手のひらが車両下方側へ向けられた状態で、前記第１把持部及び前記第２把持部の少なくとも一方が前記乗員の手によって把持される請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車両の操舵装置。
前記操作部と前記操舵輪との間には、前記操作部から前記操舵輪に伝達される操作力を調節する操作力調節機構が設けられており、
前記操作力調節機構は、前記第１把持部及び前記第２把持部の変位を妨げる方向への力を前記操作部に入力することが可能とされた請求項１〜請求項４いずれか１項に記載の車両の操舵装置。