JP3841674B2 - 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、アクチュエータの制御により車両の操舵特性を変更可能な車両の操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクチュエータにより操舵補助力を付与することで車両の操舵特性を変更可能なパワーステアリング装置が一般的に用いられている。また、操作部材の操作に応じた操舵用アクチュエータの動きを車輪に舵角が変化するように伝達する際に、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比を変化させることで操舵特性を変更可能な車両の操舵装置も提案されている。そのような操舵装置として、操作部材を車輪に機械的に連結しない所謂ステアバイワイヤシステムを採用したものと機械的に連結したものとがある。ステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置においては、ステアリングホイールを模した操作部材を車輪に機械的に連結することなく、操舵用アクチュエータの動きを、その動きに応じて舵角が変化するように車輪に伝達し、その伝達に際して操舵用アクチュエータを制御することで操作量と転舵量との比を変更している。また、操作部材を車輪に機械的に連結した操舵装置においては、ステアリングホイールの操作に応じた入力シャフトの回転を出力シャフトに遊星ギヤ機構等の伝達比可変機構を介して伝達し、その伝達に際して遊星ギヤ機構を構成するリングギヤ等を駆動する操舵用アクチュエータを制御することで操作量と転舵量との比を変更している。
【０００３】
ステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置においては、車輪と路面との間の摩擦に基づく操舵抵抗やセルフアライニングトルクは操作部材に伝達されない。また、ステアリングホイールと車輪とが伝達比可変機構を介して機械的に連結されている操舵装置においては、その操舵抵抗やセルフアライニングトルクは操作部材の操作量に対応しない。そのため、ドライバーに適正な操舵フィーリングを与える手段が必要とされている。そこで、その操作部材を中立位置へ復帰させる方向に作用する反力を発生する操作用アクチュエータを設けている。その操作用アクチュエータにより、走行中においては例えば舵角に比例する反力を付与することで、ドライバーに操舵フィーリングを与えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような車両の操舵装置において、操作部材の操舵補助力や操作反力や操作量と転舵量との比を、操舵トルクや車速といった車両の状態に応じてのみ制御した場合、道路状況の如何によってドライバーの負担が大きくなったり、適切な操舵フィーリングを与えることができないことがある。そこで、カメラ、センサ、ナビゲーションシステム等により得た道路状況や、ドライバーの操作特性に応じて、操作量と転舵量との比を制御することが提案されている（特開平１１−７８９４４号、特開平１１−９９９５６号）。しかし、道路状況やドライバーの操作特性に応じて操作量と転舵量との比を制御しただけでは、ドライバーの負担軽減や操舵フィーリングの向上を十分に行うことができなかった。
本発明は上記問題を解決することのできる車両の操舵装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操作部材と、その操作部材の操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータと、その操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達する機構と、その操作部材の中立位置復帰方向へ作用する反力を発生する操作用アクチュエータと、その操舵用アクチュエータと操作用アクチュエータの制御系とを備え、その操舵用アクチュエータは、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が変化するように制御可能とされ、その操作用アクチュエータは、反力が変化するように制御可能とされている車両の操舵装置に適用される。
また本発明は、車輪に機械的に連結される操作部材と、操舵補助力発生用アクチュエータと、その操作部材の操作トルクを検出するセンサと、その操舵補助力発生用アクチュエータの制御系とを備え、その操舵補助力発生用アクチュエータは、少なくとも操作トルクに応じて操舵補助力が変化するように制御可能とされている車両の操舵装置に適用される。
【０００８】
本発明の特徴は、車両の現在位置を求める手段と、予め定めた車両走行経路と、その車両走行経路における予め定めた操作部材の標準操作特性とを対応付けて記憶する手段と、現時点から将来の設定範囲に亘る車両走行経路を決定する手段とが設けられ、その決定された現時点から将来の設定範囲に亘る車両走行経路に対応付けられて記憶された標準操作特性に応じて、前記反力あるいは操舵補助力が変化するように、前記操作用アクチュエータあるいは操舵補助力発生用アクチュエータが制御される点にある。
これにより、車両がこれから走行しようとする道路状況に応じて反力あるいは操舵補助力を変化させることができる。その将来の車両走行経路を決定する手段として、例えばカーナビゲーション装置を用いることができる。なお、その反力と共に操作部材の操作量と車輪の転舵量との比も併せて制御するようにしてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に示す第１比較例の車両の操舵装置は、ステアリングホイールを模した操作部材１と、その操作部材１の操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータ２と、その操舵用アクチュエータ２の動きを、その操作部材１を前部左右車輪４に機械的に連結することなく、舵角変化が生じるように前部左右車輪４に伝達する機構としてステアリングギヤ３とを備える。
【００１０】
その操舵用アクチュエータ２は、例えば公知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。そのステアリングギヤ３は、その操舵用アクチュエータ２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド７の直線運動に変換する例えばボールネジ機構等の運動変換機構により構成されている。そのステアリングロッド７の動きがタイロッド８とナックルアーム９を介して車輪４に伝達され、車輪４のトー角が変化する。そのステアリングギヤ３は、公知のものを用いることができ、操舵用アクチュエータ２の動きを舵角が変化するように前部左右車輪４に伝達できれば構成は限定されない。操舵用アクチュエータ２が駆動されていない状態では、前部左右車輪４はセルフアライニングトルクにより直進位置に復帰できるようにホイールアラインメントが設定されている。
【００１１】
その操作部材１は、車体側により回転可能に支持される回転シャフト１０に連結されている。その回転シャフト１０に操作用アクチュエータ１９の出力シャフトが一体化されている。その操作用アクチュエータ１９は操作部材１の中立位置復帰方向へ作用する反力を発生する。その操作用アクチュエータ１９はブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。
【００１２】
操作部材１の操作量として中立位置からの操作角δｈを検出する角度センサ１１が設けられている。車輪４の転舵量として舵角δを検出する舵角センサ１３が設けられ、本比較例では、その舵角δとして車輪４の転舵量に対応するステアリングロッド７の移動量を検出する。車速Ｖを検出する速度センサ１４が設けられている。操作部材１の操作トルクＴｈとして回転シャフト１０により伝達されるトルクを検出するトルクセンサ４４が設けられている。その操作トルクＴｈが操作用アクチュエータ１９の発生反力に対応する。その角度センサ１１、舵角センサ１３、速度センサ１４、トルクセンサ４４は、コンピュータにより構成される制御装置２０に接続される。
【００１３】
その制御装置２０は駆動回路２２を介して操舵用アクチュエータ２を制御する制御系を構成する。例えば制御装置２０は、操作部材１の操作角δｈと車速Ｖと目標舵角との間の関係を予め定めて記憶し、検出舵角δと目標舵角との偏差をなくすように駆動回路２２を介して操舵用アクチュエータ２の駆動信号を出力する。その操作角δｈと車速Ｖと目標舵角との間の関係は、例えば車速Ｖが大きくなる程に目標舵角が小さくなるものとされている。これにより、操舵用アクチュエータ２の動きを車輪４に舵角が変化するように伝達する際に、操作角δｈと舵角δとの比を変化させることが可能とされている。例えば、操作角δｈに対する舵角δの比を低車速で大きくすることで旋回性能を向上し、高車速で小さくすることで走行安定性を向上できる。なお、操作角δｈと舵角δとの比は車速に応じて変化するものに限定されず、その比が変化するように操舵用アクチュエータ２が制御されるものであればよい。
【００１４】
制御装置２０は駆動回路２３を介して操作用アクチュエータ１９を制御する制御系を構成する。例えば制御装置２０は、操作部材１の操作角δｈと目標反力として目標操作トルクＴｈ* との間の関係を予め定めて記憶し、検出操作トルクＴｈと目標操作トルクＴｈ* との偏差をなくすように駆動回路２３を介して操作用アクチュエータ１９の駆動信号を出力する。本比較例では、操作角δｈに比例する操作トルクＴｈを操作用アクチュエータ１９が発生するものとされ、その比例関係を記憶した制御装置２０により操作用アクチュエータ１９が制御される。なお、その操作用アクチュエータ１９の制御は操作角δｈと操作トルクＴｈとが比例するものに限定されず、ドライバーに適正な操舵フィーリングを与えるように反力が変化するように制御されるものであればよい。
【００１５】
制御装置２０は、過去から現時点までの設定範囲に亘る車両走行経路における操作部材１の操作履歴を蓄積する。その車両走行経路における過去から現時点までの設定範囲は、時間により設定してもよいし距離により設定してもよい。その操作履歴としては、例えば操作角δｈ、操作トルクＴｈ、操作速度ｄ（δｈ）／ｄｔの履歴を時系列に蓄積する。制御装置２０は、その蓄積した操作履歴からドライバーの操作特性を求める。その操作特性として、例えば操作角δｈの頻度分布、操作トルクＴｈの頻度分布、あるいは操作速度ｄ（δｈ）／ｄｔの頻度分布を表す標準偏差等の統計値を求める。
【００１６】
上記操作用アクチュエータ１９は、その求めた操作特性に応じて上記反力が漸次変化するように制御装置２０により制御され、また、上記操舵用アクチュエータ２は上記比δ／δｈが漸次変化するように制御装置２０により制御される。
例えば、１分前から現時点までの操作角δｈの頻度分布、操作トルクＴｈの頻度分布、あるいは操作速度ｄ（δｈ）／ｄｔの頻度分布が大きい程に、操作トルクＴｈが漸次小さくなるように操作用アクチュエータ１９が制御され、また、比δ／δｈが漸次大きくなるように操舵用アクチュエータ２が制御される。
【００１７】
図２の（１）、（２）は操作角δｈの頻度分布を示し、図２の（１）におけるよりも図２の（２）における方が頻度分布が大きい。このような頻度分布の大小比較は例えば標準偏差等の数値を求めて比較することで行えばよい。
【００１８】
図３は、操作用アクチュエータ１９の発生反力に対応する目標操作トルクＴｈ* と操作角δｈとの関係の一例を、１分前から現時点までの操作角δｈの頻度分布が大きい場合を実線、小さい場合を一点鎖線、その中間の場合を破線で示す。その目標操作トルクＴｈ* は、操作角δｈに応じて変化すると共に操作角δｈの頻度分布が大きい程に小さくされる。
【００１９】
図４は、操作角δｈに対する舵角δの比δ／δｈと車速Ｖとの関係の一例を、１分前から現時点までの操作角δｈの頻度分布が大きい場合を破線、小さい場合を一点鎖線、その中間の場合を実線で示す。その比δ／δｈは、車速Ｖに応じて変化すると共に操作角δｈの頻度分布が大きい程に大きくされる。
【００２０】
図５のフローチャートを参照して制御装置２０による操舵用アクチュエータ２と操作用アクチュエータ１９の制御手順を説明する。
まず、各センサによる検出値を読み込み（ステップＳ１）、制御開始から設定時間（本比較例では１分）が経過したか否かを判断する（ステップＳ２）。設定時間が経過していなければ操作角δｈの標準偏差σを初期値に設定する（ステップＳ３）。設定時間が経過していれば、設定時間前から現時点まで蓄積した検出操作角δｈの標準偏差σを演算する（ステップＳ４）。次に、検出操作角δｈとステップＳ３またはステップＳ４で得られた標準偏差σとに応じて、目標操作トルクＴｈ* を演算し（ステップＳ５）、その目標操作トルクＴｈ* と検出操作トルクＴｈとの偏差を低減するように操作用アクチュエータ１９を制御する（ステップＳ６）。また、検出車速ＶとステップＳ３またはステップＳ４で得られた標準偏差σとに応じて、操作角δｈに対する舵角δの比δ／δｈを演算し、その比δ／δｈと検出操作角δｈとから目標舵角δ* を演算し（比×検出操作角）（ステップＳ７）、その目標舵角δ* と検出舵角δとの偏差を低減するように操舵用アクチュエータ２を制御する（ステップＳ８）。そして制御を終了するか否かを判断し（ステップＳ９）、終了しない場合はステップＳ１に戻る。
【００２１】
上記第１比較例によれば、道路状況に応じたドライバーの操作履歴から求められるドライバーの操作特性に応じて操作トルクＴｈ、および操作角δｈに対する舵角δの比δ／δｈを変化させることができる。これにより、道路状況に応じてドライバーの負担を軽減することで操舵フィーリングを向上できる。
【００２２】
本発明の第２比較例として、図１において２点鎖線で示すように制御装置２０に車両の現在位置を求める手段として測位装置２１を接続する以外は第１比較例と同様の構成を有し、その制御装置２０により第１比較例とは異なる制御を行ってもよい。その測位装置２１としては、例えばＧＰＳを利用して測位する市販のカーナビゲーション装置を用いることができる。なお、上記第１比較例と同様部分は同一符号で表される。
【００２３】
第２比較例における制御装置２０は、第１比較例と同様に、過去から現時点までの設定範囲に亘る車両走行経路における操作部材１の操作履歴を蓄積し、その蓄積した操作履歴からドライバーの操作特性として例えば第１比較例と同様の標準偏差σを求める。
【００２４】
制御装置２０は、予め定めた車両走行経路と、その車両走行経路における予め定めた操作部材の標準操作特性とを対応付けて記憶する。その予め定めた車両走行経路としては、市販のカーナビゲーション装置に記憶されている走行経路情報を利用できる。その標準操作特性は、例えば、記憶する車両走行経路における複数の一般的ドライバーの操作角δｈ、操作トルクＴｈ、操作速度ｄ（δｈ）／ｄｔの履歴を平均化することで標準操作履歴を求め、その標準操作履歴として求められた操作角δｈの頻度分布、操作トルクＴｈの頻度分布、操作速度ｄ（δｈ）／ｄｔの頻度分布等を表す標準偏差のような統計値として求める。
【００２５】
制御装置２０は、その求めた操作特性と、その過去から現時点までの設定範囲に亘る車両走行経路に対応付けられて記憶された標準操作特性との差に応じて、反力として操作トルクＴｈが漸次変化するように操作用アクチュエータ１９を制御し、また、操作角δｈに対する舵角δの比δ／δｈが漸次変化するように操舵用アクチュエータ２を制御する。その操作特性と標準操作特性との差として例えば上記のような標準偏差の差を求める。その操作特性を表す標準偏差が標準操作特性を表す標準偏差よりも大きい程に操作トルクＴｈが小さくされ、比δ／δｈが大きくされる。なお、操舵用アクチュエータ２と操作用アクチュエータ１９の何れか一方のみを制御するようにしてもよい。他は第１比較例と同様とされている。
【００２６】
図６のフローチャートを参照して第２比較例の制御装置２０による操舵用アクチュエータ２と操作用アクチュエータ１９の制御手順を説明する。
まず、各センサによる検出値を読み込み（ステップＳ２０１）、制御開始から設定時間（本比較例では１分）が経過したか否かを判断する（ステップＳ２０２）。設定時間が経過していなければ操作角δｈの標準偏差σを初期値に設定する（ステップＳ２０３）。設定時間が経過していれば、設定時間前から現時点まで蓄積した検出操作角δｈの標準偏差σを演算する（ステップＳ２０４）。また、設定時間前から現時点まで測位装置２１により測定した車両走行経路に対応付けられて記憶された標準操作履歴、本比較例では複数の一般的ドライバーの操作角δｈの履歴の平均値、の標準偏差σｏを標準操作特性として読み出す（ステップＳ２０５）。次に、ステップＳ２０３またはステップＳ２０４で求めた標準偏差σとステップＳ２０５で求めた標準偏差σｏとの差に応じて、目標操作トルクＴｈ* を演算し（ステップＳ２０６）、その目標操作トルクＴｈ* と検出操作トルクＴｈとの偏差を低減するように操作用アクチュエータ１９を制御する（ステップＳ２０７）。また、その標準偏差の差（σ−σｏ）と検出車速Ｖとに応じて、操作角δｈに対する舵角δの比δ／δｈを演算し、その比δ／δｈと検出操作角δｈとから目標舵角δ* を演算し（比×検出操作角）（ステップＳ２０８）、その目標舵角δ* と検出舵角δとの偏差を低減するように操舵用アクチュエータ２を制御する（ステップＳ２０９）。そして制御を終了するか否かを判断し（ステップＳ２１０）、終了しない場合はステップＳ２０１に戻る。
【００２７】
上記第２比較例によれば、車両が走行した経路における標準的な操作特性と、その経路を走行した実際のドライバーの操作特性との差に応じて、操作トルクＴｈ、および操作角δｈに対する舵角δの比δ／δｈを制御できる。これにより、ドライバーの個人差に応じて操作トルクＴｈおよび比δ／δｈを最適化できる。
【００２８】
図７に示す第３比較例の車両の操舵装置は、前部左右車輪２０４に機械的に連結されるステアリングホイール（操作部材）２０１と、このステアリングホイール２０１に連結される入力シャフト２０２と、この入力シャフト２０２にトルクセンサ２１１を介して連結される出力シャフト２０３とを備える。その出力シャフト２０３に回転伝達可能に連結されるピニオン２０５にかみ合うラック２０６に、タイロッド、ナックルアームを介して車輪２０４が連結される。これにより、ステアリングホイール２０１の回転が入力シャフト２０２、出力シャフト２０３、ピニオン２０５を介して伝達されることでラック２０６が移動する。そのラック２０６の移動により車輪２０４の転舵量が変化する。その出力シャフト２０３に減速ギヤ機構２０７を介して操舵補助力発生用アクチュエータ（モータ）２０８が接続されている。これによりアクチュエータ２０８の出力が操舵補助力として出力シャフト２０３に伝達される。
【００２９】
その操舵補助力発生用アクチュエータ２０８の制御系を構成する制御装置２１０に、入力シャフト２０２により伝達されるステアリングホイール２０１の操作トルクＴｈを検出するトルクセンサ２１１と、車速Ｖを検出する速度センサ２１２と、ステアリングホイール２０１の操作角δｈを検出する角度センサ２１３が接続されている。例えば図８に示すように、その制御装置２１０により制御される操舵補助力発生用アクチュエータ２０８の目標出力Ｉ* は、操作トルクＴｈが大きい程、また車速Ｖが小さい程に大きくされる。これにより、操作トルクＴｈと車速Ｖに応じて操舵補助力が変化するようにアクチュエータ２０８は制御される。その制御装置２１０に車両の現在位置を求める手段として第２比較例と同様にカーナビゲーション装置により構成される測位装置２２１が接続されている。
【００３０】
制御装置２１０は、第１比較例と同様に、過去から現時点までの設定範囲に亘る車両走行経路におけるステアリングホイール２０１の操作履歴を蓄積し、その蓄積した操作履歴からドライバーの操作特性として例えば第１比較例と同様の標準偏差σを求める。
【００３１】
制御装置２１０は、第２比較例と同様に、予め定めた車両走行経路と、その車両走行経路における予め定めた操作部材の標準操作特性とを対応付けて記憶する。その標準操作特性として、例えば第２比較例と同様の標準偏差σｏを求める。
【００３２】
制御装置２１０は、その求めた操作特性と、その過去から現時点までの設定範囲に亘る車両走行経路に対応付けられて記憶された標準操作特性との差に応じて操舵補助力が漸次変化するように操舵補助力発生用アクチュエータ２０８を制御する。その操作特性と標準操作特性との差として例えば上記のような標準偏差の差を求める。その操作特性を表す標準偏差が標準操作特性を表す標準偏差よりも大きい程に操舵補助力が大きくされる。図９は、アクチュエータ２０８の目標出力Ｉ* と操作トルクＴｈとの関係を、その操作特性を表す標準偏差が標準操作特性を表す標準偏差よりも大きい場合を破線、小さい場合を一点鎖線、その中間の場合を実線で示す。
【００３３】
図１０のフローチャートを参照して制御装置２１０による操舵補助力発生用アクチュエータ２０８の制御手順を説明する。
まず、各センサによる検出値を読み込み（ステップＳ３０１）、制御開始から設定時間（本比較例では１分）が経過したか否かを判断する（ステップＳ３０２）。設定時間が経過していなければ操作角δｈの標準偏差σを初期値に設定する（ステップＳ３０３）。設定時間が経過していれば、設定時間前から現時点まで蓄積した検出操作角δｈの標準偏差σを演算する（ステップＳ３０４）。また、設定時間前から現時点まで測位装置２２１により測定した車両走行経路に対応付けられて記憶された標準操作履歴、本比較例では複数の一般的ドライバーの操作角δｈの履歴の平均値、の標準偏差σｏを標準操作特性として読み出す（ステップＳ３０５）。次に、検出操作トルクＴｈと、検出車速Ｖと、ステップＳ３０３またはステップＳ３０４で求めた標準偏差σとステップＳ３０５で求めた標準偏差σｏとの差とに応じて、アクチュエータ２０８の目標出力Ｉ* を演算し（ステップＳ３０６）、その目標出力Ｉ* と実際の出力との偏差を低減するようにアクチュエータ２０８を制御する（ステップＳ３０７）。そして制御を終了するか否かを判断し（ステップＳ３０８）、終了しない場合はステップＳ３０１に戻る。
【００３４】
上記第３比較例によれば、車両が走行した経路における標準的な操作特性と、その経路を走行した実際のドライバーの操作特性との差に応じて、操舵補助力を制御できる。これにより、ドライバーの個人差に応じて操舵補助力を最適化できる。
【００３５】
本発明の第１実施形態の車両の操舵装置として、上記第２比較例と同様に車両の現在位置を求める手段としてカーナビゲーション装置により構成される測位装置２１を備える以外は第１比較例と同様の構成を有し、また、制御装置２０によって以下のように第１、第２比較例とは異なる制御を行っている。なお、第１実施形態の説明において第１比較例と同様部分は同一符号で表される。
【００３６】
第１実施形態における制御装置２０は、予め定めた車両走行経路と、その車両走行経路における予め定めた操作部材１の標準操作特性とを対応付けて記憶する。例えば、車両走行経路における複数の一般的ドライバーの操作角δｈ、操作トルクＴｈ、操作速度ｄ（δｈ）／ｄｔの履歴を平均化することで標準操作履歴を求め、その操作角δｈの頻度分布、操作トルクＴｈの頻度分布、操作速度ｄ（δｈ）／ｄｔの頻度分布等を表す標準偏差を標準操作特性として求める。
【００３７】
制御装置２０は、現時点から将来の設定範囲に亘る車両走行経路を決定する。その将来の車両走行経路の決定は、測位装置２１により求めた車両の現在位置情報と、例えば測位装置２１を構成するカーナビゲーション装置にドライバーが入力した目的地情報や、そのカーナビゲーション装置に記憶されている走行経路情報や、車両の方向指示器の操作情報に基づき決定する。例えば、現在位置情報と目的地情報と走行経路情報とから車両走行経路を決定する。また、現在位置情報と、方向指示器の操作情報と、走行経路情報と、その走行経路情報に含まれる目的地までに存在する交差点の形状、大きさ、交差角度とから決定した交差点における進行方向とから車両走行経路を決定する。その車両走行経路における現時点から将来の設定範囲は、時間により設定してもよいし距離により設定してもよく、例えば制御装置２０の１制御周期を設定範囲としてもよい。
【００３８】
制御装置２０は、その決定された現時点から将来の設定範囲に亘る車両走行経路に対応付けられて記憶された標準操作特性に応じて、反力として操作トルクＴｈが漸次変化するように操作用アクチュエータ１９を制御し、また、操作角δｈに対する舵角δの比δ／δｈが漸次変化するように操舵用アクチュエータ２を制御する。その標準操作特性を表す標準偏差が大きい程に操作トルクＴｈが小さくされ、比δ／δｈが大きくされる。なお、操舵用アクチュエータ２と操作用アクチュエータ１９の何れか一方のみを制御するようにしてもよい。他は第１比較例と同様とされている。
【００３９】
図１１のフローチャートを参照して第１実施形態の制御装置２０による操舵用アクチュエータ２と操作用アクチュエータ１９の制御手順を説明する。
まず、各センサによる検出値を読み込み（ステップＳ４０１）、現時点から将来の設定範囲（本実施形態では１制御周期）の車両走行経路を決定する（ステップＳ４０２）。次に、その現時点から将来の設定範囲に亘る車両走行経路に対応付けられて記憶された標準操作履歴、本実施形態では複数の一般的ドライバーの操作角δｈの履歴の平均値、の標準偏差σｏを標準操作特性として読み出す（ステップＳ４０３）。ステップＳ４０３で読み出した標準操作特性σｏに応じて目標操作トルクＴｈ* を演算し（ステップＳ４０４）、その目標操作トルクＴｈ* と検出操作トルクＴｈとの偏差を低減するように操作用アクチュエータ１９を制御する（ステップＳ４０５）。また、ステップＳ４０３で読み出した標準操作特性σｏと検出車速Ｖとに応じて、操作角δｈに対する舵角δの比δ／δｈを演算し、その比δ／δｈと検出操作角δｈとから目標舵角δ* を演算し（比×検出操作角）（ステップＳ４０６）、その目標舵角δ* と検出舵角δとの偏差を低減するように操舵用アクチュエータ２を制御する（ステップＳ４０７）。そして制御を終了するか否かを判断し（ステップＳ４０８）、終了しない場合はステップＳ４０１に戻る。
【００４０】
上記第１実施形態によれば、車両がこれから走行しようとする道路状況に応じて操作トルクＴｈ、および操作角δｈに対する舵角δの比δ／δｈを最適化することができる。
【００４１】
本発明の第２実施形態の車両の操舵装置として、上記第３比較例と同様の構成を有し、制御装置２１０によって以下のように第３比較例とは異なる制御を行っている。なお、第２実施形態の説明において第３比較例と同様部分は同一符号で表される。
【００４２】
第２実施形態における制御装置２１０は、第１実施形態と同様に、予め定めた車両走行経路と、その車両走行経路における予め定めた操作部材の標準操作特性とを対応付けて記憶する。その標準操作特性として、第１実施形態と同様に車両走行経路における複数の一般的ドライバーの操作角δｈ、操作トルクＴｈ、操作速度ｄ（δｈ）／ｄｔの履歴を平均化することで求めた標準操作履歴の頻度分布を表す標準偏差等を求める。また、制御装置２１０は、現時点から将来の設定範囲に亘る車両走行経路を第１実施形態と同様に決定する。
【００４３】
制御装置２１０は、その決定された現時点から将来の設定範囲に亘る車両走行経路に対応付けられて記憶された標準操作特性に応じて操舵補助力が漸次変化するように操舵補助力発生用アクチュエータ２０８を制御する。例えば、その標準操作特性を表す標準偏差が大きい程に操舵補助力が大きくされる。他は第３比較例と同様とされている。
【００４４】
図１２のフローチャートを参照して制御装置２１０による操舵補助力発生用アクチュエータ２０８の制御手順を説明する。
まず、各センサによる検出値を読み込み（ステップＳ５０１）、現時点から将来の設定範囲（本実施形態では１制御周期）の車両走行経路を決定する（ステップＳ５０２）。次に、その現時点から将来の設定範囲に亘る車両走行経路に対応付けられて記憶された標準操作履歴、本実施形態では複数の一般的ドライバーの操作角δｈの履歴の平均値、の標準偏差σｏを標準操作特性として読み出す（ステップＳ５０３）。次に、検出操作トルクＴｈと、検出車速Ｖと、ステップＳ５０３で読み出した標準操作特性σｏに応じてアクチュエータ２０８の目標出力Ｉ* を演算し（ステップＳ５０４）、その目標出力Ｉ* と実際の出力との偏差を低減するようにアクチュエータ２０８を制御する（ステップＳ５０５）。そして制御を終了するか否かを判断し（ステップＳ５０６）、終了しない場合はステップＳ５０１に戻る。
【００４５】
上記第２実施形態によれば、車両がこれから走行しようとする道路状況に応じて操舵補助力を最適化することができる。
【００４６】
図１３の変形例に示すように、操作部材であるステアリングホイールＨが車輪（図示省略）に機械的に連結され、且つ、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比を変化させることができる操舵装置１０１に本発明を適用してもよい。そのステアリングホイールＨの操作に応じた入力シャフト１０２の回転は、回転伝達機構１３０により出力シャフト１１１に伝達され、その出力シャフト１１１の回転が車輪に舵角が変化するようにステアリングギヤ（図示省略）により伝達される。そのステアリングギヤはラックピニオン式ステアリングギヤやボールスクリュー式ステアリングギヤ等の公知のものを用いることができる。その回転伝達機構１３０の構成要素をモータ（操舵用アクチュエータ）１３９により駆動することで、そのモータ１３９の動きが車輪に舵角が変化するように伝達される。その入力シャフト１０２と出力シャフト１１１は互いに同軸心に隙間を介して配置され、ベアリング１０７、１０８、１１２、１１３を介してハウジング１１０により支持されている。その回転伝達機構１３０は、本変形例では遊星ギヤ機構とされ、サンギヤ１３１とリングギヤ１３２とに噛み合う遊星ギヤ１３３をキャリア１３４により保持する。そのサンギヤ１３１は、入力シャフト１０２の端部に同行回転するように連結されている。そのキャリア１３４は、出力シャフト１１１に同行回転するように連結されている。そのリングギヤ１３２は、入力シャフト１０２を囲むホルダー１３６にボルト３６２を介して固定されている。そのホルダー１３６は、入力シャフト１０２を囲むようにハウジング１１０に固定された筒状部材１３５によりベアリング１０９を介して支持されている。そのホルダー１３６の外周にウォームホイール１３７が同行回転するように嵌め合わされている。そのウォームホイール１３７に噛み合うウォーム１３８がハウジング１１０により支持されている。そのウォーム１３８がハウジング１１０に取り付けられたモータ１３９により駆動される。また、そのステアリングホイールＨの中立位置復帰方向へ作用する反力を発生する操作用アクチュエータ１１９が設けられている。その操作用アクチュエータ１１９の制御によって反力を変化させ、そのモータ１３９の制御によってステアリングホイールＨの操作量と車輪の転舵量との比を変化させることができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、道路状況やドライバーの個人差に応じた最適な操作反力、操舵補助力、あるいは操作量と転舵量との比を付与することで、ドライバーの負担を軽減して操舵フィーリングを向上できる車両の操舵装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１比較例の車両の操舵装置の構成説明図
【図２】（１）、（２）はそれぞれ本発明の第１比較例の車両の操舵装置における操作角の頻度分布を示す図
【図３】本発明の第１比較例の車両の操舵装置における操作用アクチュエータの目標操作トルクと操作角との関係を示す図
【図４】本発明の第１比較例の車両の操舵装置における操作角に対する舵角の比と車速との関係を示す図
【図５】本発明の第１比較例の車両の操舵装置における操舵用アクチュエータと操作用アクチュエータの制御手順を示すフローチャート
【図６】本発明の第２比較例の車両の操舵装置における操舵用アクチュエータと操作用アクチュエータの制御手順を示すフローチャート
【図７】本発明の第３比較例の車両の操舵装置の構成説明図
【図８】本発明の第３比較例の車両の操舵装置における操舵補助力発生用アクチュエータの目標出力と操作トルクと車速との関係を示す図
【図９】本発明の第３比較例の車両の操舵装置における操舵補助力発生用アクチュエータの目標出力と、操作トルクと、操作角の頻度分布との関係を示す図
【図１０】本発明の第３比較例の車両の操舵装置における操舵補助力発生用アクチュエータの制御手順を示すフローチャート
【図１１】本発明の第１実施形態の車両の操舵装置における操舵用アクチュエータと操作用アクチュエータの制御手順を示すフローチャート
【図１２】本発明の第２実施形態の車両の操舵装置における操舵補助力発生用アクチュエータの制御手順を示すフローチャート
【図１３】本発明の変形例の車両の操舵装置の構成説明図
【符号の説明】
１ 操作部材
２ 操舵用アクチュエータ
３ ステアリングギヤ
４、２０４ 車輪
１９ 操作用アクチュエータ
２０、２１０ 制御装置
２１、２２１ 測位装置
２２、２１１ トルクセンサ
１３９ モータ
２０１、Ｈ ステアリングホイール
２０８ 操舵補助力発生用アクチュエータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータの制御により車両の操舵特性を変更可能な車両の操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクチュエータにより操舵補助力を付与することで車両の操舵特性を変更可能なパワーステアリング装置が一般的に用いられている。また、操作部材の操作に応じた操舵用アクチュエータの動きを車輪に舵角が変化するように伝達する際に、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比を変化させることで操舵特性を変更可能な車両の操舵装置も提案されている。そのような操舵装置として、操作部材を車輪に機械的に連結しない所謂ステアバイワイヤシステムを採用したものと機械的に連結したものとがある。ステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置においては、ステアリングホイールを模した操作部材を車輪に機械的に連結することなく、操舵用アクチュエータの動きを、その動きに応じて舵角が変化するように車輪に伝達し、その伝達に際して操舵用アクチュエータを制御することで操作量と転舵量との比を変更している。また、操作部材を車輪に機械的に連結した操舵装置においては、ステアリングホイールの操作に応じた入力シャフトの回転を出力シャフトに遊星ギヤ機構等の伝達比可変機構を介して伝達し、その伝達に際して遊星ギヤ機構を構成するリングギヤ等を駆動する操舵用アクチュエータを制御することで操作量と転舵量との比を変更している。
【０００３】
ステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置においては、車輪と路面との間の摩擦に基づく操舵抵抗やセルフアライニングトルクは操作部材に伝達されない。また、ステアリングホイールと車輪とが伝達比可変機構を介して機械的に連結されている操舵装置においては、その操舵抵抗やセルフアライニングトルクは操作部材の操作量に対応しない。そのため、ドライバーに適正な操舵フィーリングを与える手段が必要とされている。そこで、その操作部材を中立位置へ復帰させる方向に作用する反力を発生する操作用アクチュエータを設けている。その操作用アクチュエータにより、走行中においては例えば舵角に比例する反力を付与することで、ドライバーに操舵フィーリングを与えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような車両の操舵装置において、操作部材の操舵補助力や操作反力や操作量と転舵量との比を、操舵トルクや車速といった車両の状態に応じてのみ制御した場合、道路状況の如何によってドライバーの負担が大きくなったり、適切な操舵フィーリングを与えることができないことがある。そこで、カメラ、センサ、ナビゲーションシステム等により得た道路状況や、ドライバーの操作特性に応じて、操作量と転舵量との比を制御することが提案されている（特開平１１−７８９４４号、特開平１１−９９９５６号）。しかし、道路状況やドライバーの操作特性に応じて操作量と転舵量との比を制御しただけでは、ドライバーの負担軽減や操舵フィーリングの向上を十分に行うことができなかった。
本発明は上記問題を解決することのできる車両の操舵装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操作部材と、その操作部材の操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータと、その操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達する機構と、その操作部材の中立位置復帰方向へ作用する反力を発生する操作用アクチュエータと、その操舵用アクチュエータと操作用アクチュエータの制御系とを備え、その操舵用アクチュエータは、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が変化するように制御可能とされ、その操作用アクチュエータは、反力が変化するように制御可能とされている車両の操舵装置に適用される。
また本発明は、車輪に機械的に連結される操作部材と、操舵補助力発生用アクチュエータと、その操作部材の操作トルクを検出するセンサと、その操舵補助力発生用アクチュエータの制御系とを備え、その操舵補助力発生用アクチュエータは、少なくとも操作トルクに応じて操舵補助力が変化するように制御可能とされている車両の操舵装置に適用される。
【０００８】
本発明の特徴は、車両の現在位置を求める手段と、予め定めた車両走行経路と、その車両走行経路における予め定めた操作部材の標準操作特性とを対応付けて記憶する手段と、現時点から将来の設定範囲に亘る車両走行経路を決定する手段とが設けられ、その決定された現時点から将来の設定範囲に亘る車両走行経路に対応付けられて記憶された標準操作特性に応じて、前記反力あるいは操舵補助力が変化するように、前記操作用アクチュエータあるいは操舵補助力発生用アクチュエータが制御される点にある。
これにより、車両がこれから走行しようとする道路状況に応じて反力あるいは操舵補助力を変化させることができる。その将来の車両走行経路を決定する手段として、例えばカーナビゲーション装置を用いることができる。なお、その反力と共に操作部材の操作量と車輪の転舵量との比も併せて制御するようにしてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に示す第１比較例の車両の操舵装置は、ステアリングホイールを模した操作部材１と、その操作部材１の操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータ２と、その操舵用アクチュエータ２の動きを、その操作部材１を前部左右車輪４に機械的に連結することなく、舵角変化が生じるように前部左右車輪４に伝達する機構としてステアリングギヤ３とを備える。
【００１０】
その操舵用アクチュエータ２は、例えば公知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。そのステアリングギヤ３は、その操舵用アクチュエータ２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド７の直線運動に変換する例えばボールネジ機構等の運動変換機構により構成されている。そのステアリングロッド７の動きがタイロッド８とナックルアーム９を介して車輪４に伝達され、車輪４のトー角が変化する。そのステアリングギヤ３は、公知のものを用いることができ、操舵用アクチュエータ２の動きを舵角が変化するように前部左右車輪４に伝達できれば構成は限定されない。操舵用アクチュエータ２が駆動されていない状態では、前部左右車輪４はセルフアライニングトルクにより直進位置に復帰できるようにホイールアラインメントが設定されている。
【００１１】
その操作部材１は、車体側により回転可能に支持される回転シャフト１０に連結されている。その回転シャフト１０に操作用アクチュエータ１９の出力シャフトが一体化されている。その操作用アクチュエータ１９は操作部材１の中立位置復帰方向へ作用する反力を発生する。その操作用アクチュエータ１９はブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。
【００１２】
操作部材１の操作量として中立位置からの操作角δｈを検出する角度センサ１１が設けられている。車輪４の転舵量として舵角δを検出する舵角センサ１３が設けられ、本比較例では、その舵角δとして車輪４の転舵量に対応するステアリングロッド７の移動量を検出する。車速Ｖを検出する速度センサ１４が設けられている。操作部材１の操作トルクＴｈとして回転シャフト１０により伝達されるトルクを検出するトルクセンサ４４が設けられている。その操作トルクＴｈが操作用アクチュエータ１９の発生反力に対応する。その角度センサ１１、舵角センサ１３、速度センサ１４、トルクセンサ４４は、コンピュータにより構成される制御装置２０に接続される。
【００１３】
その制御装置２０は駆動回路２２を介して操舵用アクチュエータ２を制御する制御系を構成する。例えば制御装置２０は、操作部材１の操作角δｈと車速Ｖと目標舵角との間の関係を予め定めて記憶し、検出舵角δと目標舵角との偏差をなくすように駆動回路２２を介して操舵用アクチュエータ２の駆動信号を出力する。その操作角δｈと車速Ｖと目標舵角との間の関係は、例えば車速Ｖが大きくなる程に目標舵角が小さくなるものとされている。これにより、操舵用アクチュエータ２の動きを車輪４に舵角が変化するように伝達する際に、操作角δｈと舵角δとの比を変化させることが可能とされている。例えば、操作角δｈに対する舵角δの比を低車速で大きくすることで旋回性能を向上し、高車速で小さくすることで走行安定性を向上できる。なお、操作角δｈと舵角δとの比は車速に応じて変化するものに限定されず、その比が変化するように操舵用アクチュエータ２が制御されるものであればよい。
【００１４】
制御装置２０は駆動回路２３を介して操作用アクチュエータ１９を制御する制御系を構成する。例えば制御装置２０は、操作部材１の操作角δｈと目標反力として目標操作トルクＴｈ* との間の関係を予め定めて記憶し、検出操作トルクＴｈと目標操作トルクＴｈ* との偏差をなくすように駆動回路２３を介して操作用アクチュエータ１９の駆動信号を出力する。本比較例では、操作角δｈに比例する操作トルクＴｈを操作用アクチュエータ１９が発生するものとされ、その比例関係を記憶した制御装置２０により操作用アクチュエータ１９が制御される。なお、その操作用アクチュエータ１９の制御は操作角δｈと操作トルクＴｈとが比例するものに限定されず、ドライバーに適正な操舵フィーリングを与えるように反力が変化するように制御されるものであればよい。
【００１５】
制御装置２０は、過去から現時点までの設定範囲に亘る車両走行経路における操作部材１の操作履歴を蓄積する。その車両走行経路における過去から現時点までの設定範囲は、時間により設定してもよいし距離により設定してもよい。その操作履歴としては、例えば操作角δｈ、操作トルクＴｈ、操作速度ｄ（δｈ）／ｄｔの履歴を時系列に蓄積する。制御装置２０は、その蓄積した操作履歴からドライバーの操作特性を求める。その操作特性として、例えば操作角δｈの頻度分布、操作トルクＴｈの頻度分布、あるいは操作速度ｄ（δｈ）／ｄｔの頻度分布を表す標準偏差等の統計値を求める。
【００１６】
上記操作用アクチュエータ１９は、その求めた操作特性に応じて上記反力が漸次変化するように制御装置２０により制御され、また、上記操舵用アクチュエータ２は上記比δ／δｈが漸次変化するように制御装置２０により制御される。
例えば、１分前から現時点までの操作角δｈの頻度分布、操作トルクＴｈの頻度分布、あるいは操作速度ｄ（δｈ）／ｄｔの頻度分布が大きい程に、操作トルクＴｈが漸次小さくなるように操作用アクチュエータ１９が制御され、また、比δ／δｈが漸次大きくなるように操舵用アクチュエータ２が制御される。
【００１７】
図２の（１）、（２）は操作角δｈの頻度分布を示し、図２の（１）におけるよりも図２の（２）における方が頻度分布が大きい。このような頻度分布の大小比較は例えば標準偏差等の数値を求めて比較することで行えばよい。
【００１８】
図３は、操作用アクチュエータ１９の発生反力に対応する目標操作トルクＴｈ* と操作角δｈとの関係の一例を、１分前から現時点までの操作角δｈの頻度分布が大きい場合を実線、小さい場合を一点鎖線、その中間の場合を破線で示す。その目標操作トルクＴｈ* は、操作角δｈに応じて変化すると共に操作角δｈの頻度分布が大きい程に小さくされる。
【００１９】
図４は、操作角δｈに対する舵角δの比δ／δｈと車速Ｖとの関係の一例を、１分前から現時点までの操作角δｈの頻度分布が大きい場合を破線、小さい場合を一点鎖線、その中間の場合を実線で示す。その比δ／δｈは、車速Ｖに応じて変化すると共に操作角δｈの頻度分布が大きい程に大きくされる。
【００２０】
図５のフローチャートを参照して制御装置２０による操舵用アクチュエータ２と操作用アクチュエータ１９の制御手順を説明する。
まず、各センサによる検出値を読み込み（ステップＳ１）、制御開始から設定時間（本比較例では１分）が経過したか否かを判断する（ステップＳ２）。設定時間が経過していなければ操作角δｈの標準偏差σを初期値に設定する（ステップＳ３）。設定時間が経過していれば、設定時間前から現時点まで蓄積した検出操作角δｈの標準偏差σを演算する（ステップＳ４）。次に、検出操作角δｈとステップＳ３またはステップＳ４で得られた標準偏差σとに応じて、目標操作トルクＴｈ* を演算し（ステップＳ５）、その目標操作トルクＴｈ* と検出操作トルクＴｈとの偏差を低減するように操作用アクチュエータ１９を制御する（ステップＳ６）。また、検出車速ＶとステップＳ３またはステップＳ４で得られた標準偏差σとに応じて、操作角δｈに対する舵角δの比δ／δｈを演算し、その比δ／δｈと検出操作角δｈとから目標舵角δ* を演算し（比×検出操作角）（ステップＳ７）、その目標舵角δ* と検出舵角δとの偏差を低減するように操舵用アクチュエータ２を制御する（ステップＳ８）。そして制御を終了するか否かを判断し（ステップＳ９）、終了しない場合はステップＳ１に戻る。
【００２１】
上記第１比較例によれば、道路状況に応じたドライバーの操作履歴から求められるドライバーの操作特性に応じて操作トルクＴｈ、および操作角δｈに対する舵角δの比δ／δｈを変化させることができる。これにより、道路状況に応じてドライバーの負担を軽減することで操舵フィーリングを向上できる。
【００２２】
本発明の第２比較例として、図１において２点鎖線で示すように制御装置２０に車両の現在位置を求める手段として測位装置２１を接続する以外は第１比較例と同様の構成を有し、その制御装置２０により第１比較例とは異なる制御を行ってもよい。その測位装置２１としては、例えばＧＰＳを利用して測位する市販のカーナビゲーション装置を用いることができる。なお、上記第１比較例と同様部分は同一符号で表される。
【００２３】
第２比較例における制御装置２０は、第１比較例と同様に、過去から現時点までの設定範囲に亘る車両走行経路における操作部材１の操作履歴を蓄積し、その蓄積した操作履歴からドライバーの操作特性として例えば第１比較例と同様の標準偏差σを求める。
【００２４】
制御装置２０は、予め定めた車両走行経路と、その車両走行経路における予め定めた操作部材の標準操作特性とを対応付けて記憶する。その予め定めた車両走行経路としては、市販のカーナビゲーション装置に記憶されている走行経路情報を利用できる。その標準操作特性は、例えば、記憶する車両走行経路における複数の一般的ドライバーの操作角δｈ、操作トルクＴｈ、操作速度ｄ（δｈ）／ｄｔの履歴を平均化することで標準操作履歴を求め、その標準操作履歴として求められた操作角δｈの頻度分布、操作トルクＴｈの頻度分布、操作速度ｄ（δｈ）／ｄｔの頻度分布等を表す標準偏差のような統計値として求める。
【００２５】
制御装置２０は、その求めた操作特性と、その過去から現時点までの設定範囲に亘る車両走行経路に対応付けられて記憶された標準操作特性との差に応じて、反力として操作トルクＴｈが漸次変化するように操作用アクチュエータ１９を制御し、また、操作角δｈに対する舵角δの比δ／δｈが漸次変化するように操舵用アクチュエータ２を制御する。その操作特性と標準操作特性との差として例えば上記のような標準偏差の差を求める。その操作特性を表す標準偏差が標準操作特性を表す標準偏差よりも大きい程に操作トルクＴｈが小さくされ、比δ／δｈが大きくされる。なお、操舵用アクチュエータ２と操作用アクチュエータ１９の何れか一方のみを制御するようにしてもよい。他は第１比較例と同様とされている。
【００２６】
図６のフローチャートを参照して第２比較例の制御装置２０による操舵用アクチュエータ２と操作用アクチュエータ１９の制御手順を説明する。
まず、各センサによる検出値を読み込み（ステップＳ２０１）、制御開始から設定時間（本比較例では１分）が経過したか否かを判断する（ステップＳ２０２）。設定時間が経過していなければ操作角δｈの標準偏差σを初期値に設定する（ステップＳ２０３）。設定時間が経過していれば、設定時間前から現時点まで蓄積した検出操作角δｈの標準偏差σを演算する（ステップＳ２０４）。また、設定時間前から現時点まで測位装置２１により測定した車両走行経路に対応付けられて記憶された標準操作履歴、本比較例では複数の一般的ドライバーの操作角δｈの履歴の平均値、の標準偏差σｏを標準操作特性として読み出す（ステップＳ２０５）。次に、ステップＳ２０３またはステップＳ２０４で求めた標準偏差σとステップＳ２０５で求めた標準偏差σｏとの差に応じて、目標操作トルクＴｈ* を演算し（ステップＳ２０６）、その目標操作トルクＴｈ* と検出操作トルクＴｈとの偏差を低減するように操作用アクチュエータ１９を制御する（ステップＳ２０７）。また、その標準偏差の差（σ−σｏ）と検出車速Ｖとに応じて、操作角δｈに対する舵角δの比δ／δｈを演算し、その比δ／δｈと検出操作角δｈとから目標舵角δ* を演算し（比×検出操作角）（ステップＳ２０８）、その目標舵角δ* と検出舵角δとの偏差を低減するように操舵用アクチュエータ２を制御する（ステップＳ２０９）。そして制御を終了するか否かを判断し（ステップＳ２１０）、終了しない場合はステップＳ２０１に戻る。
【００２７】
上記第２比較例によれば、車両が走行した経路における標準的な操作特性と、その経路を走行した実際のドライバーの操作特性との差に応じて、操作トルクＴｈ、および操作角δｈに対する舵角δの比δ／δｈを制御できる。これにより、ドライバーの個人差に応じて操作トルクＴｈおよび比δ／δｈを最適化できる。
【００２８】
図７に示す第３比較例の車両の操舵装置は、前部左右車輪２０４に機械的に連結されるステアリングホイール（操作部材）２０１と、このステアリングホイール２０１に連結される入力シャフト２０２と、この入力シャフト２０２にトルクセンサ２１１を介して連結される出力シャフト２０３とを備える。その出力シャフト２０３に回転伝達可能に連結されるピニオン２０５にかみ合うラック２０６に、タイロッド、ナックルアームを介して車輪２０４が連結される。これにより、ステアリングホイール２０１の回転が入力シャフト２０２、出力シャフト２０３、ピニオン２０５を介して伝達されることでラック２０６が移動する。そのラック２０６の移動により車輪２０４の転舵量が変化する。その出力シャフト２０３に減速ギヤ機構２０７を介して操舵補助力発生用アクチュエータ（モータ）２０８が接続されている。これによりアクチュエータ２０８の出力が操舵補助力として出力シャフト２０３に伝達される。
【００２９】
その操舵補助力発生用アクチュエータ２０８の制御系を構成する制御装置２１０に、入力シャフト２０２により伝達されるステアリングホイール２０１の操作トルクＴｈを検出するトルクセンサ２１１と、車速Ｖを検出する速度センサ２１２と、ステアリングホイール２０１の操作角δｈを検出する角度センサ２１３が接続されている。例えば図８に示すように、その制御装置２１０により制御される操舵補助力発生用アクチュエータ２０８の目標出力Ｉ* は、操作トルクＴｈが大きい程、また車速Ｖが小さい程に大きくされる。これにより、操作トルクＴｈと車速Ｖに応じて操舵補助力が変化するようにアクチュエータ２０８は制御される。その制御装置２１０に車両の現在位置を求める手段として第２比較例と同様にカーナビゲーション装置により構成される測位装置２２１が接続されている。
【００３０】
制御装置２１０は、第１比較例と同様に、過去から現時点までの設定範囲に亘る車両走行経路におけるステアリングホイール２０１の操作履歴を蓄積し、その蓄積した操作履歴からドライバーの操作特性として例えば第１比較例と同様の標準偏差σを求める。
【００３１】
制御装置２１０は、第２比較例と同様に、予め定めた車両走行経路と、その車両走行経路における予め定めた操作部材の標準操作特性とを対応付けて記憶する。その標準操作特性として、例えば第２比較例と同様の標準偏差σｏを求める。
【００３２】
制御装置２１０は、その求めた操作特性と、その過去から現時点までの設定範囲に亘る車両走行経路に対応付けられて記憶された標準操作特性との差に応じて操舵補助力が漸次変化するように操舵補助力発生用アクチュエータ２０８を制御する。その操作特性と標準操作特性との差として例えば上記のような標準偏差の差を求める。その操作特性を表す標準偏差が標準操作特性を表す標準偏差よりも大きい程に操舵補助力が大きくされる。図９は、アクチュエータ２０８の目標出力Ｉ* と操作トルクＴｈとの関係を、その操作特性を表す標準偏差が標準操作特性を表す標準偏差よりも大きい場合を破線、小さい場合を一点鎖線、その中間の場合を実線で示す。
【００３３】
図１０のフローチャートを参照して制御装置２１０による操舵補助力発生用アクチュエータ２０８の制御手順を説明する。
まず、各センサによる検出値を読み込み（ステップＳ３０１）、制御開始から設定時間（本比較例では１分）が経過したか否かを判断する（ステップＳ３０２）。設定時間が経過していなければ操作角δｈの標準偏差σを初期値に設定する（ステップＳ３０３）。設定時間が経過していれば、設定時間前から現時点まで蓄積した検出操作角δｈの標準偏差σを演算する（ステップＳ３０４）。また、設定時間前から現時点まで測位装置２２１により測定した車両走行経路に対応付けられて記憶された標準操作履歴、本比較例では複数の一般的ドライバーの操作角δｈの履歴の平均値、の標準偏差σｏを標準操作特性として読み出す（ステップＳ３０５）。次に、検出操作トルクＴｈと、検出車速Ｖと、ステップＳ３０３またはステップＳ３０４で求めた標準偏差σとステップＳ３０５で求めた標準偏差σｏとの差とに応じて、アクチュエータ２０８の目標出力Ｉ* を演算し（ステップＳ３０６）、その目標出力Ｉ* と実際の出力との偏差を低減するようにアクチュエータ２０８を制御する（ステップＳ３０７）。そして制御を終了するか否かを判断し（ステップＳ３０８）、終了しない場合はステップＳ３０１に戻る。
【００３４】
上記第３比較例によれば、車両が走行した経路における標準的な操作特性と、その経路を走行した実際のドライバーの操作特性との差に応じて、操舵補助力を制御できる。これにより、ドライバーの個人差に応じて操舵補助力を最適化できる。
【００３５】
本発明の第１実施形態の車両の操舵装置として、上記第２比較例と同様に車両の現在位置を求める手段としてカーナビゲーション装置により構成される測位装置２１を備える以外は第１比較例と同様の構成を有し、また、制御装置２０によって以下のように第１、第２比較例とは異なる制御を行っている。なお、第１実施形態の説明において第１比較例と同様部分は同一符号で表される。
【００３６】
第１実施形態における制御装置２０は、予め定めた車両走行経路と、その車両走行経路における予め定めた操作部材１の標準操作特性とを対応付けて記憶する。例えば、車両走行経路における複数の一般的ドライバーの操作角δｈ、操作トルクＴｈ、操作速度ｄ（δｈ）／ｄｔの履歴を平均化することで標準操作履歴を求め、その操作角δｈの頻度分布、操作トルクＴｈの頻度分布、操作速度ｄ（δｈ）／ｄｔの頻度分布等を表す標準偏差を標準操作特性として求める。
【００３７】
制御装置２０は、現時点から将来の設定範囲に亘る車両走行経路を決定する。その将来の車両走行経路の決定は、測位装置２１により求めた車両の現在位置情報と、例えば測位装置２１を構成するカーナビゲーション装置にドライバーが入力した目的地情報や、そのカーナビゲーション装置に記憶されている走行経路情報や、車両の方向指示器の操作情報に基づき決定する。例えば、現在位置情報と目的地情報と走行経路情報とから車両走行経路を決定する。また、現在位置情報と、方向指示器の操作情報と、走行経路情報と、その走行経路情報に含まれる目的地までに存在する交差点の形状、大きさ、交差角度とから決定した交差点における進行方向とから車両走行経路を決定する。その車両走行経路における現時点から将来の設定範囲は、時間により設定してもよいし距離により設定してもよく、例えば制御装置２０の１制御周期を設定範囲としてもよい。
【００３８】
制御装置２０は、その決定された現時点から将来の設定範囲に亘る車両走行経路に対応付けられて記憶された標準操作特性に応じて、反力として操作トルクＴｈが漸次変化するように操作用アクチュエータ１９を制御し、また、操作角δｈに対する舵角δの比δ／δｈが漸次変化するように操舵用アクチュエータ２を制御する。その標準操作特性を表す標準偏差が大きい程に操作トルクＴｈが小さくされ、比δ／δｈが大きくされる。なお、操舵用アクチュエータ２と操作用アクチュエータ１９の何れか一方のみを制御するようにしてもよい。他は第１比較例と同様とされている。
【００３９】
図１１のフローチャートを参照して第１実施形態の制御装置２０による操舵用アクチュエータ２と操作用アクチュエータ１９の制御手順を説明する。
まず、各センサによる検出値を読み込み（ステップＳ４０１）、現時点から将来の設定範囲（本実施形態では１制御周期）の車両走行経路を決定する（ステップＳ４０２）。次に、その現時点から将来の設定範囲に亘る車両走行経路に対応付けられて記憶された標準操作履歴、本実施形態では複数の一般的ドライバーの操作角δｈの履歴の平均値、の標準偏差σｏを標準操作特性として読み出す（ステップＳ４０３）。ステップＳ４０３で読み出した標準操作特性σｏに応じて目標操作トルクＴｈ* を演算し（ステップＳ４０４）、その目標操作トルクＴｈ* と検出操作トルクＴｈとの偏差を低減するように操作用アクチュエータ１９を制御する（ステップＳ４０５）。また、ステップＳ４０３で読み出した標準操作特性σｏと検出車速Ｖとに応じて、操作角δｈに対する舵角δの比δ／δｈを演算し、その比δ／δｈと検出操作角δｈとから目標舵角δ* を演算し（比×検出操作角）（ステップＳ４０６）、その目標舵角δ* と検出舵角δとの偏差を低減するように操舵用アクチュエータ２を制御する（ステップＳ４０７）。そして制御を終了するか否かを判断し（ステップＳ４０８）、終了しない場合はステップＳ４０１に戻る。
【００４０】
上記第１実施形態によれば、車両がこれから走行しようとする道路状況に応じて操作トルクＴｈ、および操作角δｈに対する舵角δの比δ／δｈを最適化することができる。
【００４１】
本発明の第２実施形態の車両の操舵装置として、上記第３比較例と同様の構成を有し、制御装置２１０によって以下のように第３比較例とは異なる制御を行っている。なお、第２実施形態の説明において第３比較例と同様部分は同一符号で表される。
【００４２】
第２実施形態における制御装置２１０は、第１実施形態と同様に、予め定めた車両走行経路と、その車両走行経路における予め定めた操作部材の標準操作特性とを対応付けて記憶する。その標準操作特性として、第１実施形態と同様に車両走行経路における複数の一般的ドライバーの操作角δｈ、操作トルクＴｈ、操作速度ｄ（δｈ）／ｄｔの履歴を平均化することで求めた標準操作履歴の頻度分布を表す標準偏差等を求める。また、制御装置２１０は、現時点から将来の設定範囲に亘る車両走行経路を第１実施形態と同様に決定する。
【００４３】
制御装置２１０は、その決定された現時点から将来の設定範囲に亘る車両走行経路に対応付けられて記憶された標準操作特性に応じて操舵補助力が漸次変化するように操舵補助力発生用アクチュエータ２０８を制御する。例えば、その標準操作特性を表す標準偏差が大きい程に操舵補助力が大きくされる。他は第３比較例と同様とされている。
【００４４】
図１２のフローチャートを参照して制御装置２１０による操舵補助力発生用アクチュエータ２０８の制御手順を説明する。
まず、各センサによる検出値を読み込み（ステップＳ５０１）、現時点から将来の設定範囲（本実施形態では１制御周期）の車両走行経路を決定する（ステップＳ５０２）。次に、その現時点から将来の設定範囲に亘る車両走行経路に対応付けられて記憶された標準操作履歴、本実施形態では複数の一般的ドライバーの操作角δｈの履歴の平均値、の標準偏差σｏを標準操作特性として読み出す（ステップＳ５０３）。次に、検出操作トルクＴｈと、検出車速Ｖと、ステップＳ５０３で読み出した標準操作特性σｏに応じてアクチュエータ２０８の目標出力Ｉ* を演算し（ステップＳ５０４）、その目標出力Ｉ* と実際の出力との偏差を低減するようにアクチュエータ２０８を制御する（ステップＳ５０５）。そして制御を終了するか否かを判断し（ステップＳ５０６）、終了しない場合はステップＳ５０１に戻る。
【００４５】
上記第２実施形態によれば、車両がこれから走行しようとする道路状況に応じて操舵補助力を最適化することができる。
【００４６】
図１３の変形例に示すように、操作部材であるステアリングホイールＨが車輪（図示省略）に機械的に連結され、且つ、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比を変化させることができる操舵装置１０１に本発明を適用してもよい。そのステアリングホイールＨの操作に応じた入力シャフト１０２の回転は、回転伝達機構１３０により出力シャフト１１１に伝達され、その出力シャフト１１１の回転が車輪に舵角が変化するようにステアリングギヤ（図示省略）により伝達される。そのステアリングギヤはラックピニオン式ステアリングギヤやボールスクリュー式ステアリングギヤ等の公知のものを用いることができる。その回転伝達機構１３０の構成要素をモータ（操舵用アクチュエータ）１３９により駆動することで、そのモータ１３９の動きが車輪に舵角が変化するように伝達される。その入力シャフト１０２と出力シャフト１１１は互いに同軸心に隙間を介して配置され、ベアリング１０７、１０８、１１２、１１３を介してハウジング１１０により支持されている。その回転伝達機構１３０は、本変形例では遊星ギヤ機構とされ、サンギヤ１３１とリングギヤ１３２とに噛み合う遊星ギヤ１３３をキャリア１３４により保持する。そのサンギヤ１３１は、入力シャフト１０２の端部に同行回転するように連結されている。そのキャリア１３４は、出力シャフト１１１に同行回転するように連結されている。そのリングギヤ１３２は、入力シャフト１０２を囲むホルダー１３６にボルト３６２を介して固定されている。そのホルダー１３６は、入力シャフト１０２を囲むようにハウジング１１０に固定された筒状部材１３５によりベアリング１０９を介して支持されている。そのホルダー１３６の外周にウォームホイール１３７が同行回転するように嵌め合わされている。そのウォームホイール１３７に噛み合うウォーム１３８がハウジング１１０により支持されている。そのウォーム１３８がハウジング１１０に取り付けられたモータ１３９により駆動される。また、そのステアリングホイールＨの中立位置復帰方向へ作用する反力を発生する操作用アクチュエータ１１９が設けられている。その操作用アクチュエータ１１９の制御によって反力を変化させ、そのモータ１３９の制御によってステアリングホイールＨの操作量と車輪の転舵量との比を変化させることができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、道路状況やドライバーの個人差に応じた最適な操作反力、操舵補助力、あるいは操作量と転舵量との比を付与することで、ドライバーの負担を軽減して操舵フィーリングを向上できる車両の操舵装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１比較例の車両の操舵装置の構成説明図
【図２】（１）、（２）はそれぞれ本発明の第１比較例の車両の操舵装置における操作角の頻度分布を示す図
【図３】本発明の第１比較例の車両の操舵装置における操作用アクチュエータの目標操作トルクと操作角との関係を示す図
【図４】本発明の第１比較例の車両の操舵装置における操作角に対する舵角の比と車速との関係を示す図
【図５】本発明の第１比較例の車両の操舵装置における操舵用アクチュエータと操作用アクチュエータの制御手順を示すフローチャート
【図６】本発明の第２比較例の車両の操舵装置における操舵用アクチュエータと操作用アクチュエータの制御手順を示すフローチャート
【図７】本発明の第３比較例の車両の操舵装置の構成説明図
【図８】本発明の第３比較例の車両の操舵装置における操舵補助力発生用アクチュエータの目標出力と操作トルクと車速との関係を示す図
【図９】本発明の第３比較例の車両の操舵装置における操舵補助力発生用アクチュエータの目標出力と、操作トルクと、操作角の頻度分布との関係を示す図
【図１０】本発明の第３比較例の車両の操舵装置における操舵補助力発生用アクチュエータの制御手順を示すフローチャート
【図１１】本発明の第１実施形態の車両の操舵装置における操舵用アクチュエータと操作用アクチュエータの制御手順を示すフローチャート
【図１２】本発明の第２実施形態の車両の操舵装置における操舵補助力発生用アクチュエータの制御手順を示すフローチャート
【図１３】本発明の変形例の車両の操舵装置の構成説明図
【符号の説明】
１ 操作部材
２ 操舵用アクチュエータ
３ ステアリングギヤ
４、２０４ 車輪
１９ 操作用アクチュエータ
２０、２１０ 制御装置
２１、２２１ 測位装置
２２、２１１ トルクセンサ
１３９ モータ
２０１、Ｈ ステアリングホイール
２０８ 操舵補助力発生用アクチュエータ
Claims (2)
- 操作部材と、
その操作部材の操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータと、
その操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達する機構と、
その操作部材の中立位置復帰方向へ作用する反力を発生する操作用アクチュエータと、
その操舵用アクチュエータと操作用アクチュエータの制御系とを備え、
その操舵用アクチュエータは、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が変化するように制御可能とされ、
その操作用アクチュエータは、反力が変化するように制御可能とされている車両の操舵装置において、
車両の現在位置を求める手段と、
予め定めた車両走行経路と、その車両走行経路における予め定めた操作部材の標準操作特性とを対応付けて記憶する手段と、
現時点から将来の設定範囲に亘る車両走行経路を決定する手段とが設けられ、
その決定された現時点から将来の設定範囲に亘る車両走行経路に対応付けられて記憶された標準操作特性に応じて前記反力が変化するように、前記操作用アクチュエータが制御されることを特徴とする車両の操舵装置。 - 車輪に機械的に連結される操作部材と、
操舵補助力発生用アクチュエータと、
その操作部材の操作トルクを検出するセンサと、
その操舵補助力発生用アクチュエータの制御系とを備え、
その操舵補助力発生用アクチュエータは、少なくとも操作トルクに応じて操舵補助力が変化するように制御可能とされている車両の操舵装置において、
車両の現在位置を求める手段と、
予め定めた車両走行経路と、その車両走行経路における予め定めた操作部材の標準操作特性とを対応付けて記憶する手段と、
現時点から将来の設定範囲に亘る車両走行経路を決定する手段とが設けられ、
その決定された現時点から将来の設定範囲に亘る車両走行経路に対応付けられて記憶された標準操作特性に応じて前記操舵補助力が変化するように、前記操舵補助力発生用アクチュエータが制御されることを特徴とする車両の操舵装置。
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