JP3818013B2 - 車両の操舵装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転者の操舵時に車両の状態を制御する車両の操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような車両の操舵装置は、特開平９−５８５０７号公報及び特開平１１−２２７４９１号公報に開示されている。
【０００３】
特開平９−５８５０７号公報に開示された車両の操舵装置では、車速等の走行状態に応じて操舵量に対する転舵量の割合（以後、「操舵ゲイン」と称する。）を変化させている。
【０００４】
特開平１１−２２７４９１号公報に開示された車両の操舵装置では、操舵が滑らかに行われたと仮定した場合に推定される操舵角と実際の操舵角との差を演算し、その差の分布の峻険度からステアリングエントロピー値を求めている。このステアリングエントロピー値が大きいことは、操舵が滑らかでないことを意味する。また、操舵が滑らかでない場合には、表示装置や車載機器の内容に制限を設けている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平９−５８５０７号公報に開示された車両の操舵装置の場合、低車速時には操舵ゲインが高くなるので、運転者が違和感を感じるおそれがあり、操舵時のふらつきを低下させることが困難となる。
【０００６】
一方、特開平１１−２２７４９１号公報に開示された車両の操舵装置の場合、運転者がスイッチ等の操作を行わない通常走行時にステアリングエントロピー値を積極的に下げるような対策を講じてなく、操舵時のふらつきを低下させることが困難となる。
【０００７】
請求項１〜１１記載の車両の操舵装置は、運転者の操舵時のふらつきを容易に低下させることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の車両の操舵装置は、操舵手段の操舵量を検出する操舵量検出手段と、
前記操舵量の特性を変更可能な操舵量特性変更手段と、
前記操舵手段の操舵量を操舵機構に伝達する伝達機構の伝達特性を変更可能な伝達特性変更手段と、
前記操舵機構の転舵量を検出する転舵量検出手段と、
前記操舵量検出手段によって検出された前記操舵量に基づいて、操舵が滑らかに行われたと仮定した場合の前記操舵機構の転舵量を推定する転舵量推定手段と、
前記転舵量検出手段によって検出された転舵量及び前記転舵量推定手段によって推定された転舵量に基づいて、運転操作の不安定な状態を検出する不安定状態検出手段とを具え、
その不安定状態検出手段によって運転操作の不安定な状態が検出された場合、前記操舵量特性変更手段が前記操舵量の特性を変更し及び／又は前記伝達特性変更手段が前記伝達特性を変更するように構成し、
前記不安定状態検出手段が、前記転舵量検出手段によって検出された転舵量と前記転舵量推定手段によって推定された転舵量との差を検出し、この差の峻険度に基づいて運転操作の不安定状態を表すステアリングエントロピー値を計算するように構成し、
前記操舵量の特性が、前記ステアリングエントロピー値に応じて変化し、前記操舵量の時間当たりの変化量に乗算すべき因子を更に有することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２記載の車両の操舵装置は、前記不安定状態検出手段によって運転操作の不安定な状態が検出された場合、前記操舵量特性変更手段が前記操舵量を増大させ及び／又は前記伝達特性変更手段が前記伝達特性を減少させるように構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３記載の車両の操舵装置は、前記伝達特性が、前記操舵量に対する前記転舵量の割合と、一次進み要素と、一次遅れ要素とのうちの少なくとも１個を有することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４記載の車両の操舵装置は、前記操舵量に対する前記転舵量の割合と、前記一次進み要素と、前記一次遅れ要素と、前記因子のうちの少なくとも一つを、前記ステアリングエントロピー値が第１の値以下になるまで時間変化させるように構成したことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５記載の車両の操舵装置は、前記前記操舵量に対する前記転舵量の割合と、前記一次進み要素と、前記一次遅れ要素と、前記粘性因子のうちの少なくとも一つの時間当たりの変化量を、前記ステアリングエントロピー値の他に、車両の走行状態、走行環境及び／又は運転者の状態によって決定するように構成したことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項６記載の車両の操舵装置は、前記因子を、第１の時間が経過するまで又はその値が第２の値に達するまで変化させ、このような変化の結果、前記ステアリングエントロピー値が前記第１の値以下にならない場合、前記一次進み要素及び一次遅れ要素を、第２及び第３の時間がそれぞれ経過するまで又は第３及び第４の値にそれぞれ達するまで変化させるように構成したことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項７記載の車両の操舵装置は、前記一次進み要素及び一次遅れ要素を、第２及び第３の時間が経過するまで又は第３及び第４の値にそれぞれ達するまで変化させ、このような変化の結果、前記ステアリングエントロピー値が前記第１の値以下にならない場合、前記操舵量に対する前記転舵量の割合を変化させるように構成したことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項８記載の車両の操舵装置は、前記第１〜３の時間又は第２〜４の値を、車両の走行状態、走行環境及び／又は運転者の状態によって決定するように構成したことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項９記載の車両の操舵装置は、前記走行状態を、車両走行時のヨーレートの時間に対する変化量又は車速としたことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１０記載の車両の操舵装置は、前記走行環境を、降雨、降雪又は降灰時か否か及び車両の周辺が暗いか否かとしたことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項１１記載の車両の操舵装置は、前記運転者の状態を、運転者の心拍数としたことを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１記載の車両の操舵装置によれば、不安定状態検出手段によって運転操作の不安定な状態が検出された場合、操舵量特性変更手段が操舵量の特性を変更し及び／又は伝達特性変更手段が前記伝達特性を変更する。このように操舵量の特性及び／又は伝達特性を変更することによって、操舵時のふらつきを低下させることができる。
【００２０】
また、不安定状態検出手段が、転舵量検出手段によって検出された転舵量と転舵量推定手段によって推定された転舵量との差を検出し、この差の峻険度に基づいて運転操作の不安定状態を表すステアリングエントロピー値を計算する。このようなステアリングエントロピー値によって、操舵時のふらつきの程度を適切に表すことができ、その結果、操舵時のふらつきを適切に低下させることができる。
【００２１】
さらに、操舵量の特性が、ステアリングエントロピー値に応じて変化し、操舵量の時間当たりの変化量に乗算すべき因子を更に有する。これによって、伝達特性を更に適切に設定することができ、その結果、操舵時のふらつきを更に良好に低下させることができる。
【００２２】
請求項２記載の車両の操舵装置によれば、不安定状態検出手段によって運転操作の不安定な状態が検出された場合、操舵量特性変更手段が操舵量を増大させ及び／又は伝達特性変更手段が伝達特性を減少させる。運転動作が不安定の状態のときに操舵量を増大させ及び／又は伝達特性を減少させることによって、操舵時のふらつきを良好に低下させることができる。
【００２３】
請求項３記載の車両の操舵装置によれば、伝達特性が、操舵量に対する転舵量の割合と、一次進み要素と、一次遅れ要素とのうちの少なくとも１個を有する。操舵量の特性及び伝達特性がこれらの目安を有することによって、操舵量の特性及び伝達特性を適切に設定することができ、その結果、操舵時のふらつきを良好に低下させることができる。
【００２４】
請求項４記載の車両の操舵装置によれば、操舵量に対する転舵量の割合と、一次進み要素と、一次遅れ要素と、因子のうちの少なくとも一つを、ステアリングエントロピー値が第１の値以下になるまで時間変化させる。これによって、伝達特性を更に適切に設定することができ、その結果、操舵時のふらつきを更に良好に低下させることができる。
【００２５】
請求項５記載の車両の操舵装置によれば、操舵量に対する転舵量の割合と、一次進み要素と、一次遅れ要素と、粘性因子のうちの少なくとも一つの時間当たりの変化量を、ステアリングエントロピー値の他に、車両の走行状態、走行環境及び／又は運転者の状態によって決定する。これによって、車両の走行状態、走行環境及び／又は運転者の状態に応じた伝達特性を決定することができ、その結果、操舵時のふらつきを更に良好に低下させることができる。
【００２６】
請求項６記載の車両の操舵装置によれば、因子を、第１の時間が経過するまで又はその値が第２の値に達するまで変化させ、このような変化の結果、ステアリングエントロピー値が第１の値以下にならない場合、一次進み要素及び一次遅れ要素を、第２及び第３の時間がそれぞれ経過するまで又は第３及び第４の値にそれぞれ達するまで変化させる。これによって、ステアリングエントロピー値の制御が良好に行われ、その結果、操舵時のふらつきを更に良好に低下させることができる。
【００２７】
請求項７記載の車両の操舵装置によれば、一次進み要素及び一次遅れ要素を、第２及び第３の時間が経過するまで又は第３及び第４の値にそれぞれ達するまで変化させ、このような変化の結果、ステアリングエントロピー値が第１の値以下にならない場合、操舵量に対する転舵量の割合を変化させる。これによって、ステアリングエントロピー値の制御が良好に行われ、その結果、操舵時のふらつきを更に良好に低下させることができる。
【００２８】
請求項８記載の車両の操舵装置によれば、第１〜３の時間又は第２〜４の値を、車両の走行状態、走行環境及び／又は運転者の状態によって決定する。これによって、ステアリングエントロピー値を、車両の走行状態、走行環境及び／又は運転者の状態に応じて決定することができ、その結果、操舵時のふらつきを更に良好に低下させることができる。
【００２９】
請求項９記載の車両の操舵装置によれば、走行状態を、車両走行時のヨーレートの操舵量に対する変化率又は車速とする。これによって、走行状態を適切に判断することができ、その結果、操舵時のふらつきを更に良好に低下させることができる。
【００３０】
請求項１０記載の車両の操舵装置によれば、走行環境を、降雨、降雪又は降灰時か否か及び車両の周辺が暗いか否かとする。これによって、走行環境を適切に判断することができ、その結果、操舵時のふらつきを更に良好に低下させることができる。
【００３１】
請求項１１記載の車両の操舵装置によれば、運転者の状態を、運転者の心拍数とする。
これによって、運転者の状態を適切に判断することができ、その結果、操舵時のふらつきを更に良好に低下させることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明による車両の操舵装置の実施の形態を示す図である。図１において、第１ステアリングシャフト１の一端は、操舵機構としてのラック・ピニオン式ステアリング２のピニオン軸２ａを形成し、ラック２ｂにその回転を伝えることによって、操舵リンク３ａ，３ｂを介して車輪４ａ，４ｂをそれぞれ転舵する。
【００３３】
第１ステアリングシャフト１の他端は、電磁クラッチ５を介して第２ステアリングシャフト６の一端と機械的な連結及び切り離しを行う。第２ステアリングシフト６の他端には、操舵手段としてのステアリングホイール７を連結する。
【００３４】
第１ステアリングシャフト１には、機械的に連結したギヤ８を介して、第１駆動モータ９によって発生させた操舵力が伝達され、かつ、第２ステアリングシャフト６には、機械的に連結したギヤ１０を介して、第２駆動モータ１１によって発生させた操舵反力が伝達される。なお、第１駆動モータ９は、第１ステアリングシャフトの回転角度θ１（転舵量）を検出する転舵量検出手段としてのエンコーダ９ａを有し、第２駆動モータ１１は、第２ステアリングシャフトの回転角度θ２（操舵量）を検出する操舵量検出手段としてのエンコーダ１１ａを有する。さらに、第２ステアリングシャフト６には、ステアリングホイールの回転角度θ３（操舵量）を検出する操舵量検出手段としての操舵角センサ１２を設ける。
【００３５】
検出された回転角度θ１，θ２及び／又はθ３は、走行状態を検出するための車速センサ１３からの車速Ｖと、走行環境を検出するためのワイパスイッチ１４の信号Ｗ及びライトスイッチ１５の信号Ｌとともに、操舵量特性変更手段、伝達特性変更手段、転舵量推定手段及び不安定状態検出手段としての実行制御ユニット（ＥＣＵ）１６に供給される。車速センサ１３を、例えば、車速に対応する前輪又は後輪の回転速度を検出する回転速度センサとする。ＥＣＵ１６は、これら回転角度θ１，θ２及び／又はθ３、車速Ｖ並びに信号Ｌ及びＷに基づいた後に説明する制御を行った結果を、命令値として、クラッチ５、第１駆動モータ９及び第２駆動モータ１１にそれぞれ伝える。
【００３６】
図２は、図１の実施の形態の動作を説明するフローチャートである。ＥＣＵ１６は、図示しない車両のイグニッションキー・スイッチがオン位置に設定されるとこのルーチンを実行し、車両のイグニション・スイッチがオフ位置に設定されるとこのルーチンを終了する。
【００３７】
このルーチンでは、伝達機構の伝達特性として、操舵が滑らかに行われたと仮定した場合のラック・ピニオン式ステアリング２の転舵量としての目標転舵角θrを算出し、その目標転舵角θrとなるよう第１駆動モータ９を駆動するとともに、操舵量の特性として操舵反力を決定し、その操舵反力を発生させるために第２駆動モータ１１を駆動する。
【００３８】
これら第１及び第２モータ９及び１１を駆動させるに当たり、操舵量の特性を変化させるために操舵反力の特性を変化させる制御ステップＩと、伝達機構の伝達特性を変化させるために車両の応答性を向上させるための一次進み要素としての時定数Ｔf及び車両の安定性を確保するための一次遅れ要素としての時定数Ｔdを調整する制御ステップIIと、伝達機構の伝達特性を変化させるために操舵ゲインＧを変更させる制御ステップIIIと、操舵量の特性及び伝達機構の伝達特性の変更を行わなずに操舵ゲインＧを算出する制御ステップIVとを、後に説明する条件に従って行う。
【００３９】
本実施の形態では、操舵反力を、操舵角加速度ｄ2θ３／ｄｔ2に比例するとともに慣性に関連した第１係数Ｋ１と、操舵角速度ｄθ３／ｄｔに比例するとともに粘性に関連した因子としての第２係数Ｋ２と、操舵角θ３に比例するとともに弾性に関連した第３係数Ｋ３と、方向による摩擦に関連した第４係数Ｋ４とによって決定される。すなわち、操舵反力をＫとした場合、
Ｋ＝Ｋ１・ｄ2θ３／ｄｔ2＋Ｋ２・ｄθ３／ｄｔ＋Ｋ３・θ３＋Ｋ４
となる。
【００４０】
操舵反力の特性を変更するに当たり、操舵時のふらつきを低減させるためには、操舵角速度ｄθ３／ｄｔに比例する第２係数Ｋ２を大きくするのが有効であると考えられ、制御ステップＩにおいては、第２係数Ｋ２をステアリングエントロピー値Ｈｐに応じて変化させる。なお、ステアリングエントロピー値Ｈｐは、特開平１１−２２７４９１号公報に記載されているように、目標転舵角θrと操舵角θ３との差を演算し、その差の分布の峻険度から求められる。なお、目標転舵角θrを、図３に示すように、操舵角θ３に伝達特性Ｇ（１＋Ｔf Ｓ）／（１＋ＴdＳ）を乗算することによって決定する。なお、Ｓはラプラス演算子である。
【００４１】
操舵量の特性又は伝達機構の伝達特性を変更するに当たり、ステアリングエントロピー値Ｈｐの低減効果及び運転者の違和感の有無を考慮して、因子Ｋ２の変更、時定数Ｔd及びＴfの調整及び操舵ゲインＧの変更の優先順位で、制御ステップＩ、制御ステップII、制御ステップIIIの優先順位で制御を実行する。
【００４２】
先ず、ステップＳ１において、図示しないタイマを零にセットするとともに、操舵ゲインＧを算出するのに用いられる操舵ゲイン基準特性比率Ｇ１と、第１の値としての目標ステアリングエントロピー値ｐ１と、時定数Ｔf及びＴdと、第１〜第４係数Ｋ１〜Ｋ４との初期値をそれぞれ設定する。本実施の形態では、操舵ゲイン基準特性比率Ｇ１の初期値を１．０とし、目標ステアリングエントロピー値ｐ１と、時定数Ｔf及びＴdと、第１〜第４係数Ｋ１〜Ｋ４との初期値をそれぞれ、設計に応じて適切に設定する。
【００４３】
次いで、ステアリングエントロピー値Ｈｐを算出する（ステップＳ２）とともに、タイマをスタートさせる（ステップＳ３）。次いで、運転操作の状態が不安定であるか否かを検出するために、ステアリングエントロピー値Ｈｐが目標ステアリングエントロピー値ｐ１より大きいか否か判定する。
【００４４】
ステアリングエントロピー値Ｈｐが目標ステアリングエントロピー値ｐ１より大きくない場合、運転操作の状態が安定していると判断し、制御ステップIVを実行する（ステップＳ５）。ステアリングエントロピー値Ｈｐが目標ステアリングエントロピー値ｐ１より大きい場合、運転操作の状態が不安定であると判断し、制御ステップＩを実行するか否か判定する（ステップＳ６）。
【００４５】
制御ステップＩを実行するか否かを判定するに当たり、第１の時間としての第１遷移時間ｔlim1が経過するまで又は因子Ｋ２の値が第２の値としての値ｐ２に達してもステアリングエントロピー値Ｈｐが目標ステアリングエントロピー値ｐ１以下にならない場合、制御ステップIIを実行するか否か判定し（ステップＳ７）、それ以外の場合には、制御ステップＩを実行する（ステップＳ８）。
【００４６】
制御ステップIIを実行するか否かを判定するに当たり、第２の時間としての第２遷移時間ｔlim2が経過するまで又は時定数Ｔd及びＴfの値が第３及び第４の値としての値ｐ３及びｐ４にそれぞれ達してもステアリングエントロピー値Ｈｐが目標ステアリングエントロピー値ｐ１以下にならない場合、制御ステップIIIを実行するか否か判定し（ステップＳ９）、それ以外の場合には、制御ステップＩを実行する（ステップＳ１０）。
【００４７】
制御ステップIII を実行するか否かを判定するに当たり、ステアリングエントロピー値Ｈｐが目標ステアリングエントロピー値ｐ１以下にならない場合、制御ステップIII を実行し、それ以外の場合には制御ステップIVを実行する（ステップＳ５）。
【００４８】
ステップＳ８、ステップＳ１０又はステップＳ１１を実行した後制御ステップIVを実行する（ステップＳ１２）。
【００４９】
ステップＳ５又はＳ１２で制御ステップIVを実行した後、既に説明したようにして目標転舵角θrを算出し（ステップＳ１３）、その目標転舵角θrとなるよう第１駆動モータ９を駆動する（ステップＳ１４）。その後、既に説明したようにして操舵反力Ｋを決定し（ステップＳ１５）、その操舵反力Ｋを発生させるために第２駆動モータ１１を駆動し（ステップＳ１６）、ステップＳ２に戻る。
【００５０】
図４は、制御ステップＩのサブルーチンを示す図である。先ず、ステップＳ１０１において、車両の走行状態としてのヨーレートの操舵角に対する変化率（以下、「ヨーレートゲイン」という。）及び走行環境に基づいて係数Ｋ２を変化させる勾配係数ＡΔｋ２を算出する。このような勾配係数を、伝達機構の伝達特性が敏感であってはならない場合には運転者の操作を迅速に安定させるよう図５に示すように設定する。この場合、走行環境を、雨のような液体又は雹のような固体が降っているか否か及び車両の周辺が暗いか否かとしている。車両の周辺が暗い場合すなわちライトスイッチからの信号がオンである場合、直線Ｌ１に示すような特性を用い、液体又は固体が降っている場合すなわちワイパスイッチからの信号がオンである場合、直線Ｌ２に示すような特性を用い、それ以外の場合には直線Ｌ３に示すような特性を用いる。
【００５１】
次いで、ステップＳ１０２において、ステアリングエントロピー値Ｈｐと目標ステアリングエントロピー値ｐ１との差に勾配係数ＡΔｋ２を乗算したものを増加量ΔＫ２とした場合、以前に算出した又は初期値の第２係数Ｋ２にこの増加量ΔＫ２を加算したものが、新たな第２係数Ｋ２となる。すなわち、
Ｋ２＝Ｋ２＋ΔＫ２
となる。なお、ステアリングエントロピー値Ｈｐ及び目標ステアリングエントロピー値ｐ１の差と勾配係数ＡΔｋ２との関係を、図６に示す。
【００５２】
次いで、ステップＳ１０３において、遷移時間ｔlim1を算出する。遷移時間ｔlim1は、図７に示すように、ヨーレートゲインと、降雨、降雪又は降灰時か否かと、車両の周辺が暗いか否かとに応じて設定され、この場合、車両の周辺が暗い場合すなわちライトスイッチからの信号がオンである場合、直線Ｌ１１に示すような特性を用い、液体又は固体が降っている場合すなわちワイパスイッチからの信号がオンである場合、直線Ｌ１２に示すような特性を用い、それ以外の場合には直線Ｌ１３に示すような特性を用いる。
【００５３】
次いで、ステップＳ１０４において、図示しないタイマの計測値ｔが遷移時間ｔlim1を超えたか否かを判定する。遷移時間ｔlim1を超えない場合、第２係数Ｋ２が第２の値ｐ２より大きいか否か判定する（ステップＳ１０５）。遷移時間ｔlim1を超える場合、図示しないタイマを零にリセットし（ステップＳ１０６）、制御ステップIIを実行した（ステップＳ１０７）後、ステップＳ１０５に進む。
【００５４】
ステップＳ１０５で第２係数Ｋ２が第２の値ｐ２を超えない場合、このサブルーチンを終了し、そうでない場合には、図示しないタイマを零にリセットし（ステップＳ１０８）、制御ステップIIを実行し（ステップＳ１０９）、第２係数Ｋ２を第２の値ｐ２に設定した後、このサブルーチンを終了する。
【００５５】
図８は、制御ステップIIのサブルーチンを示す図である。先ず、ステップＳ２０１において、ヨーレートゲイン及び走行環境に基づいて時定数Ｔd 及びＴf を変化させる勾配係数ＡΔＴd及びＡΔＴfを算出する。これら勾配係数も、図５に示すように設定する。
【００５６】
次いで、ステップＳ２０２において、ステアリングエントロピー値Ｈｐと目標ステアリングエントロピー値ｐ１との差に勾配係数ＡΔＴd及びＡΔＴfをそれぞれ乗算したものを増加量ΔＴd及びΔＴfとした場合、以前に算出した又は初期値の時定数Ｔd及びＴfにこれら増加量ΔＫ２ΔＴd及びΔＴfをそれぞれ加算したものが、新たな時定数Ｔd及びＴfとなる。すなわち、
Ｔd＝Ｔd＋ΔＴd
Ｔf＝Ｔf＋ΔＴf
となる。なお、ステアリングエントロピー値Ｈｐ及び目標ステアリングエントロピー値ｐ１の差と時定数Ｔd及びＴfとの関係を、図９及び１０にそれぞれ示す。
【００５７】
次いで、ステップＳ２０３において、遷移時間ｔlim2及びｔlim3をそれぞれ算出する。
遷移時間ｔlim2及びｔlim3も、図７に示す関係を用いて設定する。
【００５８】
次いで、ステップＳ２０４において、図示しないタイマの計測値ｔが遷移時間ｔlim2を超えたか否かを判定する。遷移時間ｔlim2を超えない場合、時定数Ｔdが第３の値ｐ３より大きいか否か判定する（ステップＳ２０５）。遷移時間ｔlim2を超える場合、図示しないタイマを零にリセットし（ステップＳ２０６）、制御ステップIII を実行した（ステップＳ２０７）後、ステップＳ２０５に進む。
【００５９】
ステップＳ２０５で時定数Ｔd が第３の値ｐ３を超えない場合、図示しないタイマの計測値ｔが遷移時間ｔlim3を超えたか否かを判定し（ステップＳ２０８）、そうでない場合には、図示しないタイマを零にリセットし（ステップＳ２０９）、制御ステップIII を実行し（ステップＳ２１０）、時定数Ｔd を第３の値ｐ３に設定した後、ステップＳ２０８に進む。
【００６０】
ステップＳ２０８において、図示しないタイマの計測値ｔが遷移時間ｔlim3をを超えない場合、時定数Ｔf が第４の値ｐ４より大きいか否か判定する（ステップＳ２１２）。遷移時間ｔlim3を超える場合、図示しないタイマを零にリセットし（ステップＳ２１３）、制御ステップIIIを実行した（ステップＳ２１４）後、ステップＳ２１２に進む。
【００６１】
ステップＳ２０５で時定数Ｔd が第４の値ｐ４を超えない場合、このサブルーチンを終了し、そうでない場合には、図示しないタイマを零にリセットし（ステップＳ２１５）、制御ステップIIIを実行し（ステップＳ２１６）、このサブルーチンを終了する。
【００６２】
図１１は、制御ステップIII のサブルーチンを示す図である。先ず、ステップＳ２０１において、操舵ゲイン基準特性比率Ｇ１を算出する。この操舵ゲイン基準特性比率Ｇ１を、図１２に示すように、ステアリングエントロピー値Ｈｐが目標ステアリングエントロピー値ｐ１を超えない間は１．０に設定し、目標ステアリングエントロピー値ｐ１を超えると勾配係数Ｋｇに従って減少するように設定する。
【００６３】
次いで、ステップＳ２０２において、操舵ゲインＧを設定するための基準操舵ゲインＧ２を算出する。この基準操舵ゲインＧ２を、図１３に示すように、車速Ｖが所定の値Ｖ１を超えない間は一定の値に設定し、所定の値Ｖ１を超えると指数関数的に減少するように設定する。
【００６４】
次いで、ステップＳ２０３において、操舵ゲイン基準特性比率Ｇ１に基準操舵ゲインＧ２を乗算することによって操舵ゲインＧを算出し、このサブルーチンを終了する。したがって、操舵ゲインＧは、Ｇ＝Ｇ１×Ｇ２となる。
【００６５】
図１４は、制御ステップIVのサブルーチンを示す図である。先ず、ステップＳ３０１において、図１１のステップＳ２０１と同様にして基準操舵ゲインＧ２を算出する。次いで、ステップＳ３０２において、操舵ゲイン基準特性比率Ｇ１に基準操舵ゲインＧ２を乗算することによって操舵ゲインＧを算出し、このサブルーチンを終了する。なお、このサブルーチンでは操舵ゲイン基準特性比率Ｇ１が１．０であるので、操舵ゲインＧは基準操舵ゲインＧ２に相当する。
【００６６】
図１５は、図２のフローチャートを実行することによって得られる制御結果を示す図である。これによれば、遷移時間ｔlim1だけ制御ステップＩを実行した後に制御ステップIIを実行することによって、ステアリングエントロピー値Ｈｐが第１の値ｐ１以下になっている。
【００６７】
本実施の形態によれば、操舵角θ３の特性及び／又はラック・ピニオン式ステアリングの伝達特性を変更することによって、操舵時のふらつきを低下させることができる。
【００６８】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例えば、操舵手段として、ステアリングホイールの他に、レバー、ハンドグリップ、ペダル等を用いることもでき、操舵機構として、ラック・ピニンオン式のもの以外の操舵機構を用いることもできる。本発明を、ステアリング入力軸と操舵機構とが機械的に連結可能な構成だけでなく、例えば特開平１０−２１８００号公報に記載されたような完全なバイ・ワイヤ機構を用いることもできる。
【００６９】
また、上記勾配係数及び遷移時間をヨーレートゲインに応じて変化させたが、運転者の状態に応じて、例えば、運転者の直接の負担値として生体量を計測して調整することができる。この場合、図１６及び１７に示すように、運転者の心拍数に応じて各勾配係数及び遷移時間を変化させる。図１６及び１７において、Ｌ２１及びＬ３１はそれぞれ、車両の周辺が暗い場合に適用する特性を表し、Ｌ２２及びＬ３２はそれぞれ、降雨、降雪又は降灰時に適用する特性を表し、Ｌ３３及びＬ３４はそれぞれ、それ以外の場合に適用する特性を表す。なお、心拍数の計測は、ステアリングホイールに心拍数計測器を装着することによって行う。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による車両の操舵装置の実施の形態を示す図である。
【図２】 図１の実施の形態の動作を説明するフローチャートである。
【図３】 目標転舵角θr の決定を説明するための図である。
【図４】 制御ステップＩのサブルーチンを示す図である。
【図５】 ヨーレートゲインと各勾配係数との関係を示す図である。
【図６】 ステアリングエントロピー値Ｈｐ及び目標ステアリングエントロピー値ｐ１の差と増加量ＡΔｋ２との関係を示す図である。
【図７】 ヨーレートと遷移時間との関係を示す図である。
【図８】 制御ステップIIのサブルーチンを示す図である。
【図９】 ステアリングエントロピー値Ｈｐ及び目標ステアリングエントロピー値ｐ１の差と増加量ＡΔＴd との関係を示す図である。
【図１０】 ステアリングエントロピー値Ｈｐ及び目標ステアリングエントロピー値ｐ１の差と増加量ＡΔＴf との関係を示す図である。
【図１１】 制御ステップIII のサブルーチンを示す図である。
【図１２】 ステアリングエントロピー値Ｈｐと操舵ゲイン基準特性比率Ｇ１との関係を示す図である。
【図１３】 車速Ｖと基準操舵ゲインＧ２との関係を示す図である。
【図１４】 制御ステップIVのサブルーチンを示す図である。
【図１５】 図２のフローチャートを実行することによって得られる制御結果を示す図である。
【図１６】 運転者の心拍数と各勾配係数との関係を示す図である。
【図１７】 運転者の心拍数と遷移時間との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 第１ステアリングシャフト
２ ラック・ピニオン式ステアリング
２ａ ピニオン軸
２ｂ ラック
３ａ，３ｂ 操舵リンク
４ａ，４ｂ 車輪
５ 電磁クラッチ
６ 第２ステアリングシャフト
７ ステアリングホイール
８，１０ ギヤ
９ 第１駆動モータ
９ａ，１１ａ エンコーダ
１１ 第２駆動モータ
１２ 操舵角センサ
１３ 車速センサ
１４ ワイパスイッチ
１５ ライトスイッチ
１６ 実行制御ユニット（ＥＣＵ）
Ｌ，Ｗ 信号
θ１，θ２，θ３ 回転角度
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転者の操舵時に車両の状態を制御する車両の操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような車両の操舵装置は、特開平９−５８５０７号公報及び特開平１１−２２７４９１号公報に開示されている。
【０００３】
特開平９−５８５０７号公報に開示された車両の操舵装置では、車速等の走行状態に応じて操舵量に対する転舵量の割合（以後、「操舵ゲイン」と称する。）を変化させている。
【０００４】
特開平１１−２２７４９１号公報に開示された車両の操舵装置では、操舵が滑らかに行われたと仮定した場合に推定される操舵角と実際の操舵角との差を演算し、その差の分布の峻険度からステアリングエントロピー値を求めている。このステアリングエントロピー値が大きいことは、操舵が滑らかでないことを意味する。また、操舵が滑らかでない場合には、表示装置や車載機器の内容に制限を設けている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平９−５８５０７号公報に開示された車両の操舵装置の場合、低車速時には操舵ゲインが高くなるので、運転者が違和感を感じるおそれがあり、操舵時のふらつきを低下させることが困難となる。
【０００６】
一方、特開平１１−２２７４９１号公報に開示された車両の操舵装置の場合、運転者がスイッチ等の操作を行わない通常走行時にステアリングエントロピー値を積極的に下げるような対策を講じてなく、操舵時のふらつきを低下させることが困難となる。
【０００７】
請求項１〜１１記載の車両の操舵装置は、運転者の操舵時のふらつきを容易に低下させることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の車両の操舵装置は、操舵手段の操舵量を検出する操舵量検出手段と、
前記操舵量の特性を変更可能な操舵量特性変更手段と、
前記操舵手段の操舵量を操舵機構に伝達する伝達機構の伝達特性を変更可能な伝達特性変更手段と、
前記操舵機構の転舵量を検出する転舵量検出手段と、
前記操舵量検出手段によって検出された前記操舵量に基づいて、操舵が滑らかに行われたと仮定した場合の前記操舵機構の転舵量を推定する転舵量推定手段と、
前記転舵量検出手段によって検出された転舵量及び前記転舵量推定手段によって推定された転舵量に基づいて、運転操作の不安定な状態を検出する不安定状態検出手段とを具え、
その不安定状態検出手段によって運転操作の不安定な状態が検出された場合、前記操舵量特性変更手段が前記操舵量の特性を変更し及び／又は前記伝達特性変更手段が前記伝達特性を変更するように構成し、
前記不安定状態検出手段が、前記転舵量検出手段によって検出された転舵量と前記転舵量推定手段によって推定された転舵量との差を検出し、この差の峻険度に基づいて運転操作の不安定状態を表すステアリングエントロピー値を計算するように構成し、
前記操舵量の特性が、前記ステアリングエントロピー値に応じて変化し、前記操舵量の時間当たりの変化量に乗算すべき因子を更に有することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２記載の車両の操舵装置は、前記不安定状態検出手段によって運転操作の不安定な状態が検出された場合、前記操舵量特性変更手段が前記操舵量を増大させ及び／又は前記伝達特性変更手段が前記伝達特性を減少させるように構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３記載の車両の操舵装置は、前記伝達特性が、前記操舵量に対する前記転舵量の割合と、一次進み要素と、一次遅れ要素とのうちの少なくとも１個を有することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４記載の車両の操舵装置は、前記操舵量に対する前記転舵量の割合と、前記一次進み要素と、前記一次遅れ要素と、前記因子のうちの少なくとも一つを、前記ステアリングエントロピー値が第１の値以下になるまで時間変化させるように構成したことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５記載の車両の操舵装置は、前記前記操舵量に対する前記転舵量の割合と、前記一次進み要素と、前記一次遅れ要素と、前記粘性因子のうちの少なくとも一つの時間当たりの変化量を、前記ステアリングエントロピー値の他に、車両の走行状態、走行環境及び／又は運転者の状態によって決定するように構成したことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項６記載の車両の操舵装置は、前記因子を、第１の時間が経過するまで又はその値が第２の値に達するまで変化させ、このような変化の結果、前記ステアリングエントロピー値が前記第１の値以下にならない場合、前記一次進み要素及び一次遅れ要素を、第２及び第３の時間がそれぞれ経過するまで又は第３及び第４の値にそれぞれ達するまで変化させるように構成したことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項７記載の車両の操舵装置は、前記一次進み要素及び一次遅れ要素を、第２及び第３の時間が経過するまで又は第３及び第４の値にそれぞれ達するまで変化させ、このような変化の結果、前記ステアリングエントロピー値が前記第１の値以下にならない場合、前記操舵量に対する前記転舵量の割合を変化させるように構成したことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項８記載の車両の操舵装置は、前記第１〜３の時間又は第２〜４の値を、車両の走行状態、走行環境及び／又は運転者の状態によって決定するように構成したことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項９記載の車両の操舵装置は、前記走行状態を、車両走行時のヨーレートの時間に対する変化量又は車速としたことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１０記載の車両の操舵装置は、前記走行環境を、降雨、降雪又は降灰時か否か及び車両の周辺が暗いか否かとしたことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項１１記載の車両の操舵装置は、前記運転者の状態を、運転者の心拍数としたことを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１記載の車両の操舵装置によれば、不安定状態検出手段によって運転操作の不安定な状態が検出された場合、操舵量特性変更手段が操舵量の特性を変更し及び／又は伝達特性変更手段が前記伝達特性を変更する。このように操舵量の特性及び／又は伝達特性を変更することによって、操舵時のふらつきを低下させることができる。
【００２０】
また、不安定状態検出手段が、転舵量検出手段によって検出された転舵量と転舵量推定手段によって推定された転舵量との差を検出し、この差の峻険度に基づいて運転操作の不安定状態を表すステアリングエントロピー値を計算する。このようなステアリングエントロピー値によって、操舵時のふらつきの程度を適切に表すことができ、その結果、操舵時のふらつきを適切に低下させることができる。
【００２１】
さらに、操舵量の特性が、ステアリングエントロピー値に応じて変化し、操舵量の時間当たりの変化量に乗算すべき因子を更に有する。これによって、伝達特性を更に適切に設定することができ、その結果、操舵時のふらつきを更に良好に低下させることができる。
【００２２】
請求項２記載の車両の操舵装置によれば、不安定状態検出手段によって運転操作の不安定な状態が検出された場合、操舵量特性変更手段が操舵量を増大させ及び／又は伝達特性変更手段が伝達特性を減少させる。運転動作が不安定の状態のときに操舵量を増大させ及び／又は伝達特性を減少させることによって、操舵時のふらつきを良好に低下させることができる。
【００２３】
請求項３記載の車両の操舵装置によれば、伝達特性が、操舵量に対する転舵量の割合と、一次進み要素と、一次遅れ要素とのうちの少なくとも１個を有する。操舵量の特性及び伝達特性がこれらの目安を有することによって、操舵量の特性及び伝達特性を適切に設定することができ、その結果、操舵時のふらつきを良好に低下させることができる。
【００２４】
請求項４記載の車両の操舵装置によれば、操舵量に対する転舵量の割合と、一次進み要素と、一次遅れ要素と、因子のうちの少なくとも一つを、ステアリングエントロピー値が第１の値以下になるまで時間変化させる。これによって、伝達特性を更に適切に設定することができ、その結果、操舵時のふらつきを更に良好に低下させることができる。
【００２５】
請求項５記載の車両の操舵装置によれば、操舵量に対する転舵量の割合と、一次進み要素と、一次遅れ要素と、粘性因子のうちの少なくとも一つの時間当たりの変化量を、ステアリングエントロピー値の他に、車両の走行状態、走行環境及び／又は運転者の状態によって決定する。これによって、車両の走行状態、走行環境及び／又は運転者の状態に応じた伝達特性を決定することができ、その結果、操舵時のふらつきを更に良好に低下させることができる。
【００２６】
請求項６記載の車両の操舵装置によれば、因子を、第１の時間が経過するまで又はその値が第２の値に達するまで変化させ、このような変化の結果、ステアリングエントロピー値が第１の値以下にならない場合、一次進み要素及び一次遅れ要素を、第２及び第３の時間がそれぞれ経過するまで又は第３及び第４の値にそれぞれ達するまで変化させる。これによって、ステアリングエントロピー値の制御が良好に行われ、その結果、操舵時のふらつきを更に良好に低下させることができる。
【００２７】
請求項７記載の車両の操舵装置によれば、一次進み要素及び一次遅れ要素を、第２及び第３の時間が経過するまで又は第３及び第４の値にそれぞれ達するまで変化させ、このような変化の結果、ステアリングエントロピー値が第１の値以下にならない場合、操舵量に対する転舵量の割合を変化させる。これによって、ステアリングエントロピー値の制御が良好に行われ、その結果、操舵時のふらつきを更に良好に低下させることができる。
【００２８】
請求項８記載の車両の操舵装置によれば、第１〜３の時間又は第２〜４の値を、車両の走行状態、走行環境及び／又は運転者の状態によって決定する。これによって、ステアリングエントロピー値を、車両の走行状態、走行環境及び／又は運転者の状態に応じて決定することができ、その結果、操舵時のふらつきを更に良好に低下させることができる。
【００２９】
請求項９記載の車両の操舵装置によれば、走行状態を、車両走行時のヨーレートの操舵量に対する変化率又は車速とする。これによって、走行状態を適切に判断することができ、その結果、操舵時のふらつきを更に良好に低下させることができる。
【００３０】
請求項１０記載の車両の操舵装置によれば、走行環境を、降雨、降雪又は降灰時か否か及び車両の周辺が暗いか否かとする。これによって、走行環境を適切に判断することができ、その結果、操舵時のふらつきを更に良好に低下させることができる。
【００３１】
請求項１１記載の車両の操舵装置によれば、運転者の状態を、運転者の心拍数とする。
これによって、運転者の状態を適切に判断することができ、その結果、操舵時のふらつきを更に良好に低下させることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明による車両の操舵装置の実施の形態を示す図である。図１において、第１ステアリングシャフト１の一端は、操舵機構としてのラック・ピニオン式ステアリング２のピニオン軸２ａを形成し、ラック２ｂにその回転を伝えることによって、操舵リンク３ａ，３ｂを介して車輪４ａ，４ｂをそれぞれ転舵する。
【００３３】
第１ステアリングシャフト１の他端は、電磁クラッチ５を介して第２ステアリングシャフト６の一端と機械的な連結及び切り離しを行う。第２ステアリングシフト６の他端には、操舵手段としてのステアリングホイール７を連結する。
【００３４】
第１ステアリングシャフト１には、機械的に連結したギヤ８を介して、第１駆動モータ９によって発生させた操舵力が伝達され、かつ、第２ステアリングシャフト６には、機械的に連結したギヤ１０を介して、第２駆動モータ１１によって発生させた操舵反力が伝達される。なお、第１駆動モータ９は、第１ステアリングシャフトの回転角度θ１（転舵量）を検出する転舵量検出手段としてのエンコーダ９ａを有し、第２駆動モータ１１は、第２ステアリングシャフトの回転角度θ２（操舵量）を検出する操舵量検出手段としてのエンコーダ１１ａを有する。さらに、第２ステアリングシャフト６には、ステアリングホイールの回転角度θ３（操舵量）を検出する操舵量検出手段としての操舵角センサ１２を設ける。
【００３５】
検出された回転角度θ１，θ２及び／又はθ３は、走行状態を検出するための車速センサ１３からの車速Ｖと、走行環境を検出するためのワイパスイッチ１４の信号Ｗ及びライトスイッチ１５の信号Ｌとともに、操舵量特性変更手段、伝達特性変更手段、転舵量推定手段及び不安定状態検出手段としての実行制御ユニット（ＥＣＵ）１６に供給される。車速センサ１３を、例えば、車速に対応する前輪又は後輪の回転速度を検出する回転速度センサとする。ＥＣＵ１６は、これら回転角度θ１，θ２及び／又はθ３、車速Ｖ並びに信号Ｌ及びＷに基づいた後に説明する制御を行った結果を、命令値として、クラッチ５、第１駆動モータ９及び第２駆動モータ１１にそれぞれ伝える。
【００３６】
図２は、図１の実施の形態の動作を説明するフローチャートである。ＥＣＵ１６は、図示しない車両のイグニッションキー・スイッチがオン位置に設定されるとこのルーチンを実行し、車両のイグニション・スイッチがオフ位置に設定されるとこのルーチンを終了する。
【００３７】
このルーチンでは、伝達機構の伝達特性として、操舵が滑らかに行われたと仮定した場合のラック・ピニオン式ステアリング２の転舵量としての目標転舵角θrを算出し、その目標転舵角θrとなるよう第１駆動モータ９を駆動するとともに、操舵量の特性として操舵反力を決定し、その操舵反力を発生させるために第２駆動モータ１１を駆動する。
【００３８】
これら第１及び第２モータ９及び１１を駆動させるに当たり、操舵量の特性を変化させるために操舵反力の特性を変化させる制御ステップＩと、伝達機構の伝達特性を変化させるために車両の応答性を向上させるための一次進み要素としての時定数Ｔf及び車両の安定性を確保するための一次遅れ要素としての時定数Ｔdを調整する制御ステップIIと、伝達機構の伝達特性を変化させるために操舵ゲインＧを変更させる制御ステップIIIと、操舵量の特性及び伝達機構の伝達特性の変更を行わなずに操舵ゲインＧを算出する制御ステップIVとを、後に説明する条件に従って行う。
【００３９】
本実施の形態では、操舵反力を、操舵角加速度ｄ2θ３／ｄｔ2に比例するとともに慣性に関連した第１係数Ｋ１と、操舵角速度ｄθ３／ｄｔに比例するとともに粘性に関連した因子としての第２係数Ｋ２と、操舵角θ３に比例するとともに弾性に関連した第３係数Ｋ３と、方向による摩擦に関連した第４係数Ｋ４とによって決定される。すなわち、操舵反力をＫとした場合、
Ｋ＝Ｋ１・ｄ2θ３／ｄｔ2＋Ｋ２・ｄθ３／ｄｔ＋Ｋ３・θ３＋Ｋ４
となる。
【００４０】
操舵反力の特性を変更するに当たり、操舵時のふらつきを低減させるためには、操舵角速度ｄθ３／ｄｔに比例する第２係数Ｋ２を大きくするのが有効であると考えられ、制御ステップＩにおいては、第２係数Ｋ２をステアリングエントロピー値Ｈｐに応じて変化させる。なお、ステアリングエントロピー値Ｈｐは、特開平１１−２２７４９１号公報に記載されているように、目標転舵角θrと操舵角θ３との差を演算し、その差の分布の峻険度から求められる。なお、目標転舵角θrを、図３に示すように、操舵角θ３に伝達特性Ｇ（１＋Ｔf Ｓ）／（１＋ＴdＳ）を乗算することによって決定する。なお、Ｓはラプラス演算子である。
【００４１】
操舵量の特性又は伝達機構の伝達特性を変更するに当たり、ステアリングエントロピー値Ｈｐの低減効果及び運転者の違和感の有無を考慮して、因子Ｋ２の変更、時定数Ｔd及びＴfの調整及び操舵ゲインＧの変更の優先順位で、制御ステップＩ、制御ステップII、制御ステップIIIの優先順位で制御を実行する。
【００４２】
先ず、ステップＳ１において、図示しないタイマを零にセットするとともに、操舵ゲインＧを算出するのに用いられる操舵ゲイン基準特性比率Ｇ１と、第１の値としての目標ステアリングエントロピー値ｐ１と、時定数Ｔf及びＴdと、第１〜第４係数Ｋ１〜Ｋ４との初期値をそれぞれ設定する。本実施の形態では、操舵ゲイン基準特性比率Ｇ１の初期値を１．０とし、目標ステアリングエントロピー値ｐ１と、時定数Ｔf及びＴdと、第１〜第４係数Ｋ１〜Ｋ４との初期値をそれぞれ、設計に応じて適切に設定する。
【００４３】
次いで、ステアリングエントロピー値Ｈｐを算出する（ステップＳ２）とともに、タイマをスタートさせる（ステップＳ３）。次いで、運転操作の状態が不安定であるか否かを検出するために、ステアリングエントロピー値Ｈｐが目標ステアリングエントロピー値ｐ１より大きいか否か判定する。
【００４４】
ステアリングエントロピー値Ｈｐが目標ステアリングエントロピー値ｐ１より大きくない場合、運転操作の状態が安定していると判断し、制御ステップIVを実行する（ステップＳ５）。ステアリングエントロピー値Ｈｐが目標ステアリングエントロピー値ｐ１より大きい場合、運転操作の状態が不安定であると判断し、制御ステップＩを実行するか否か判定する（ステップＳ６）。
【００４５】
制御ステップＩを実行するか否かを判定するに当たり、第１の時間としての第１遷移時間ｔlim1が経過するまで又は因子Ｋ２の値が第２の値としての値ｐ２に達してもステアリングエントロピー値Ｈｐが目標ステアリングエントロピー値ｐ１以下にならない場合、制御ステップIIを実行するか否か判定し（ステップＳ７）、それ以外の場合には、制御ステップＩを実行する（ステップＳ８）。
【００４６】
制御ステップIIを実行するか否かを判定するに当たり、第２の時間としての第２遷移時間ｔlim2が経過するまで又は時定数Ｔd及びＴfの値が第３及び第４の値としての値ｐ３及びｐ４にそれぞれ達してもステアリングエントロピー値Ｈｐが目標ステアリングエントロピー値ｐ１以下にならない場合、制御ステップIIIを実行するか否か判定し（ステップＳ９）、それ以外の場合には、制御ステップＩを実行する（ステップＳ１０）。
【００４７】
制御ステップIII を実行するか否かを判定するに当たり、ステアリングエントロピー値Ｈｐが目標ステアリングエントロピー値ｐ１以下にならない場合、制御ステップIII を実行し、それ以外の場合には制御ステップIVを実行する（ステップＳ５）。
【００４８】
ステップＳ８、ステップＳ１０又はステップＳ１１を実行した後制御ステップIVを実行する（ステップＳ１２）。
【００４９】
ステップＳ５又はＳ１２で制御ステップIVを実行した後、既に説明したようにして目標転舵角θrを算出し（ステップＳ１３）、その目標転舵角θrとなるよう第１駆動モータ９を駆動する（ステップＳ１４）。その後、既に説明したようにして操舵反力Ｋを決定し（ステップＳ１５）、その操舵反力Ｋを発生させるために第２駆動モータ１１を駆動し（ステップＳ１６）、ステップＳ２に戻る。
【００５０】
図４は、制御ステップＩのサブルーチンを示す図である。先ず、ステップＳ１０１において、車両の走行状態としてのヨーレートの操舵角に対する変化率（以下、「ヨーレートゲイン」という。）及び走行環境に基づいて係数Ｋ２を変化させる勾配係数ＡΔｋ２を算出する。このような勾配係数を、伝達機構の伝達特性が敏感であってはならない場合には運転者の操作を迅速に安定させるよう図５に示すように設定する。この場合、走行環境を、雨のような液体又は雹のような固体が降っているか否か及び車両の周辺が暗いか否かとしている。車両の周辺が暗い場合すなわちライトスイッチからの信号がオンである場合、直線Ｌ１に示すような特性を用い、液体又は固体が降っている場合すなわちワイパスイッチからの信号がオンである場合、直線Ｌ２に示すような特性を用い、それ以外の場合には直線Ｌ３に示すような特性を用いる。
【００５１】
次いで、ステップＳ１０２において、ステアリングエントロピー値Ｈｐと目標ステアリングエントロピー値ｐ１との差に勾配係数ＡΔｋ２を乗算したものを増加量ΔＫ２とした場合、以前に算出した又は初期値の第２係数Ｋ２にこの増加量ΔＫ２を加算したものが、新たな第２係数Ｋ２となる。すなわち、
Ｋ２＝Ｋ２＋ΔＫ２
となる。なお、ステアリングエントロピー値Ｈｐ及び目標ステアリングエントロピー値ｐ１の差と勾配係数ＡΔｋ２との関係を、図６に示す。
【００５２】
次いで、ステップＳ１０３において、遷移時間ｔlim1を算出する。遷移時間ｔlim1は、図７に示すように、ヨーレートゲインと、降雨、降雪又は降灰時か否かと、車両の周辺が暗いか否かとに応じて設定され、この場合、車両の周辺が暗い場合すなわちライトスイッチからの信号がオンである場合、直線Ｌ１１に示すような特性を用い、液体又は固体が降っている場合すなわちワイパスイッチからの信号がオンである場合、直線Ｌ１２に示すような特性を用い、それ以外の場合には直線Ｌ１３に示すような特性を用いる。
【００５３】
次いで、ステップＳ１０４において、図示しないタイマの計測値ｔが遷移時間ｔlim1を超えたか否かを判定する。遷移時間ｔlim1を超えない場合、第２係数Ｋ２が第２の値ｐ２より大きいか否か判定する（ステップＳ１０５）。遷移時間ｔlim1を超える場合、図示しないタイマを零にリセットし（ステップＳ１０６）、制御ステップIIを実行した（ステップＳ１０７）後、ステップＳ１０５に進む。
【００５４】
ステップＳ１０５で第２係数Ｋ２が第２の値ｐ２を超えない場合、このサブルーチンを終了し、そうでない場合には、図示しないタイマを零にリセットし（ステップＳ１０８）、制御ステップIIを実行し（ステップＳ１０９）、第２係数Ｋ２を第２の値ｐ２に設定した後、このサブルーチンを終了する。
【００５５】
図８は、制御ステップIIのサブルーチンを示す図である。先ず、ステップＳ２０１において、ヨーレートゲイン及び走行環境に基づいて時定数Ｔd 及びＴf を変化させる勾配係数ＡΔＴd及びＡΔＴfを算出する。これら勾配係数も、図５に示すように設定する。
【００５６】
次いで、ステップＳ２０２において、ステアリングエントロピー値Ｈｐと目標ステアリングエントロピー値ｐ１との差に勾配係数ＡΔＴd及びＡΔＴfをそれぞれ乗算したものを増加量ΔＴd及びΔＴfとした場合、以前に算出した又は初期値の時定数Ｔd及びＴfにこれら増加量ΔＫ２ΔＴd及びΔＴfをそれぞれ加算したものが、新たな時定数Ｔd及びＴfとなる。すなわち、
Ｔd＝Ｔd＋ΔＴd
Ｔf＝Ｔf＋ΔＴf
となる。なお、ステアリングエントロピー値Ｈｐ及び目標ステアリングエントロピー値ｐ１の差と時定数Ｔd及びＴfとの関係を、図９及び１０にそれぞれ示す。
【００５７】
次いで、ステップＳ２０３において、遷移時間ｔlim2及びｔlim3をそれぞれ算出する。
遷移時間ｔlim2及びｔlim3も、図７に示す関係を用いて設定する。
【００５８】
次いで、ステップＳ２０４において、図示しないタイマの計測値ｔが遷移時間ｔlim2を超えたか否かを判定する。遷移時間ｔlim2を超えない場合、時定数Ｔdが第３の値ｐ３より大きいか否か判定する（ステップＳ２０５）。遷移時間ｔlim2を超える場合、図示しないタイマを零にリセットし（ステップＳ２０６）、制御ステップIII を実行した（ステップＳ２０７）後、ステップＳ２０５に進む。
【００５９】
ステップＳ２０５で時定数Ｔd が第３の値ｐ３を超えない場合、図示しないタイマの計測値ｔが遷移時間ｔlim3を超えたか否かを判定し（ステップＳ２０８）、そうでない場合には、図示しないタイマを零にリセットし（ステップＳ２０９）、制御ステップIII を実行し（ステップＳ２１０）、時定数Ｔd を第３の値ｐ３に設定した後、ステップＳ２０８に進む。
【００６０】
ステップＳ２０８において、図示しないタイマの計測値ｔが遷移時間ｔlim3をを超えない場合、時定数Ｔf が第４の値ｐ４より大きいか否か判定する（ステップＳ２１２）。遷移時間ｔlim3を超える場合、図示しないタイマを零にリセットし（ステップＳ２１３）、制御ステップIIIを実行した（ステップＳ２１４）後、ステップＳ２１２に進む。
【００６１】
ステップＳ２０５で時定数Ｔd が第４の値ｐ４を超えない場合、このサブルーチンを終了し、そうでない場合には、図示しないタイマを零にリセットし（ステップＳ２１５）、制御ステップIIIを実行し（ステップＳ２１６）、このサブルーチンを終了する。
【００６２】
図１１は、制御ステップIII のサブルーチンを示す図である。先ず、ステップＳ２０１において、操舵ゲイン基準特性比率Ｇ１を算出する。この操舵ゲイン基準特性比率Ｇ１を、図１２に示すように、ステアリングエントロピー値Ｈｐが目標ステアリングエントロピー値ｐ１を超えない間は１．０に設定し、目標ステアリングエントロピー値ｐ１を超えると勾配係数Ｋｇに従って減少するように設定する。
【００６３】
次いで、ステップＳ２０２において、操舵ゲインＧを設定するための基準操舵ゲインＧ２を算出する。この基準操舵ゲインＧ２を、図１３に示すように、車速Ｖが所定の値Ｖ１を超えない間は一定の値に設定し、所定の値Ｖ１を超えると指数関数的に減少するように設定する。
【００６４】
次いで、ステップＳ２０３において、操舵ゲイン基準特性比率Ｇ１に基準操舵ゲインＧ２を乗算することによって操舵ゲインＧを算出し、このサブルーチンを終了する。したがって、操舵ゲインＧは、Ｇ＝Ｇ１×Ｇ２となる。
【００６５】
図１４は、制御ステップIVのサブルーチンを示す図である。先ず、ステップＳ３０１において、図１１のステップＳ２０１と同様にして基準操舵ゲインＧ２を算出する。次いで、ステップＳ３０２において、操舵ゲイン基準特性比率Ｇ１に基準操舵ゲインＧ２を乗算することによって操舵ゲインＧを算出し、このサブルーチンを終了する。なお、このサブルーチンでは操舵ゲイン基準特性比率Ｇ１が１．０であるので、操舵ゲインＧは基準操舵ゲインＧ２に相当する。
【００６６】
図１５は、図２のフローチャートを実行することによって得られる制御結果を示す図である。これによれば、遷移時間ｔlim1だけ制御ステップＩを実行した後に制御ステップIIを実行することによって、ステアリングエントロピー値Ｈｐが第１の値ｐ１以下になっている。
【００６７】
本実施の形態によれば、操舵角θ３の特性及び／又はラック・ピニオン式ステアリングの伝達特性を変更することによって、操舵時のふらつきを低下させることができる。
【００６８】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例えば、操舵手段として、ステアリングホイールの他に、レバー、ハンドグリップ、ペダル等を用いることもでき、操舵機構として、ラック・ピニンオン式のもの以外の操舵機構を用いることもできる。本発明を、ステアリング入力軸と操舵機構とが機械的に連結可能な構成だけでなく、例えば特開平１０−２１８００号公報に記載されたような完全なバイ・ワイヤ機構を用いることもできる。
【００６９】
また、上記勾配係数及び遷移時間をヨーレートゲインに応じて変化させたが、運転者の状態に応じて、例えば、運転者の直接の負担値として生体量を計測して調整することができる。この場合、図１６及び１７に示すように、運転者の心拍数に応じて各勾配係数及び遷移時間を変化させる。図１６及び１７において、Ｌ２１及びＬ３１はそれぞれ、車両の周辺が暗い場合に適用する特性を表し、Ｌ２２及びＬ３２はそれぞれ、降雨、降雪又は降灰時に適用する特性を表し、Ｌ３３及びＬ３４はそれぞれ、それ以外の場合に適用する特性を表す。なお、心拍数の計測は、ステアリングホイールに心拍数計測器を装着することによって行う。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による車両の操舵装置の実施の形態を示す図である。
【図２】 図１の実施の形態の動作を説明するフローチャートである。
【図３】 目標転舵角θr の決定を説明するための図である。
【図４】 制御ステップＩのサブルーチンを示す図である。
【図５】 ヨーレートゲインと各勾配係数との関係を示す図である。
【図６】 ステアリングエントロピー値Ｈｐ及び目標ステアリングエントロピー値ｐ１の差と増加量ＡΔｋ２との関係を示す図である。
【図７】 ヨーレートと遷移時間との関係を示す図である。
【図８】 制御ステップIIのサブルーチンを示す図である。
【図９】 ステアリングエントロピー値Ｈｐ及び目標ステアリングエントロピー値ｐ１の差と増加量ＡΔＴd との関係を示す図である。
【図１０】 ステアリングエントロピー値Ｈｐ及び目標ステアリングエントロピー値ｐ１の差と増加量ＡΔＴf との関係を示す図である。
【図１１】 制御ステップIII のサブルーチンを示す図である。
【図１２】 ステアリングエントロピー値Ｈｐと操舵ゲイン基準特性比率Ｇ１との関係を示す図である。
【図１３】 車速Ｖと基準操舵ゲインＧ２との関係を示す図である。
【図１４】 制御ステップIVのサブルーチンを示す図である。
【図１５】 図２のフローチャートを実行することによって得られる制御結果を示す図である。
【図１６】 運転者の心拍数と各勾配係数との関係を示す図である。
【図１７】 運転者の心拍数と遷移時間との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 第１ステアリングシャフト
２ ラック・ピニオン式ステアリング
２ａ ピニオン軸
２ｂ ラック
３ａ，３ｂ 操舵リンク
４ａ，４ｂ 車輪
５ 電磁クラッチ
６ 第２ステアリングシャフト
７ ステアリングホイール
８，１０ ギヤ
９ 第１駆動モータ
９ａ，１１ａ エンコーダ
１１ 第２駆動モータ
１２ 操舵角センサ
１３ 車速センサ
１４ ワイパスイッチ
１５ ライトスイッチ
１６ 実行制御ユニット（ＥＣＵ）
Ｌ，Ｗ 信号
θ１，θ２，θ３ 回転角度
Claims (11)
- 操舵手段の操舵量を検出する操舵量検出手段と、
前記操舵量の特性を変更可能な操舵量特性変更手段と、
前記操舵手段の操舵量を操舵機構に伝達する伝達機構の伝達特性を変更可能な伝達特性変更手段と、
前記操舵機構の転舵量を検出する転舵量検出手段と、
前記操舵量検出手段によって検出された前記操舵量に基づいて、操舵が滑らかに行われたと仮定した場合の前記操舵機構の転舵量を推定する転舵量推定手段と、
前記転舵量検出手段によって検出された転舵量及び前記転舵量推定手段によって推定された転舵量に基づいて、運転操作の不安定な状態を検出する不安定状態検出手段とを具え、
その不安定状態検出手段によって運転操作の不安定な状態が検出された場合、前記操舵量特性変更手段が前記操舵量の特性を変更し及び／又は前記伝達特性変更手段が前記伝達特性を変更するように構成し、
前記不安定状態検出手段が、前記転舵量検出手段によって検出された転舵量と前記転舵量推定手段によって推定された転舵量との差を検出し、この差の峻険度に基づいて運転操作の不安定状態を表すステアリングエントロピー値を計算するように構成し、
前記操舵量の特性が、前記ステアリングエントロピー値に応じて変化し、前記操舵量の時間当たりの変化量に乗算すべき因子を更に有することを特徴とする車両の操舵装置。 - 前記不安定状態検出手段によって運転操作の不安定な状態が検出された場合、前記操舵量特性変更手段が前記操舵量を増大させ及び／又は前記伝達特性変更手段が前記伝達特性を減少させるように構成したことを特徴とする請求項１記載の車両の操舵装置。
- 前記伝達特性が、前記操舵量に対する前記転舵量の割合と、一次進み要素と、一次遅れ要素とのうちの少なくとも１個を有することを特徴とする請求項１又は２記載の車両の操舵装置。
- 前記操舵量に対する前記転舵量の割合と、前記一次進み要素と、前記一次遅れ要素と、前記因子のうちの少なくとも一つを、前記ステアリングエントロピー値が第１の値以下になるまで時間変化させるように構成したことを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の車両の操舵装置。
- 前記前記操舵量に対する前記転舵量の割合と、前記一次進み要素と、前記一次遅れ要素と、前記粘性因子のうちの少なくとも一つの時間当たりの変化量を、前記ステアリングエントロピー値の他に、車両の走行状態、走行環境及び／又は運転者の状態によって決定するように構成したことを特徴とする請求項４記載の車両の操舵装置。
- 前記因子を、第１の時間が経過するまで又はその値が第２の値に達するまで変化させ、このような変化の結果、前記ステアリングエントロピー値が前記第１の値以下にならない場合、前記一次進み要素及び一次遅れ要素を、第２及び第３の時間がそれぞれ経過するまで又は第３及び第４の値にそれぞれ達するまで変化させるように構成したことを特徴とする請求項４又は５記載の車両の操舵装置。
- 前記一次進み要素及び一次遅れ要素を、第２及び第３の時間が経過するまで又は第３及び第４の値にそれぞれ達するまで変化させ、このような変化の結果、前記ステアリングエントロピー値が前記第１の値以下にならない場合、前記操舵量に対する前記転舵量の割合を変化させるように構成したことを特徴とする請求項４から６のうちのいずれか１項に記載の車両の操舵装置。
- 前記第１〜３の時間又は第２〜４の値を、車両の走行状態、走行環境及び／又は運転者の状態によって決定するように構成したことを特徴とする請求項６又は７記載の車両の操舵装置。
- 前記走行状態を、車両走行時のヨーレートの操舵量に対する変化率又は車 速としたことを特徴とする請求項５又は８記載の車両の操舵装置。
- 前記走行環境を、降雨、降雪又は降灰時か否か及び車両の周辺が暗いか否かとしたことを特徴とする請求項５，８又は９記載の車両の操舵装置。
- 前記運転者の状態を、運転者の心拍数としたことを特徴とする請求項５，８，９又は１０のうちのいずれか１項に記載の車両の操舵装置。
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