JP3897293B2 - 車両の運転操作装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の転舵輪を転舵する運転操作装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の転舵輪を転舵する運転操作装置としては、ステアリングホイールを用いたステアリングシステムが知られている。このステアリングシステムは、一般には、ステアリングホイールの回転運動をステアリングギアボックスにおいてラック軸の直線運動に変換し、ラック軸に連結されたリンク機構を駆動させることで転舵輪を転舵するものである。
【０００３】
ところで、近年になって、ステアリングホイールに結合した操舵軸と転舵輪を転舵させる転舵機構とが機械的に分離され、ステアリング装置に設けられたステアリングモータを操舵装置から電気的に制御するいわゆるステアバイワイヤ方式が報告されている。ステアバイワイヤ方式のステアリング装置（以下、「運転操作装置」という。）では、基本構成として、転舵輪を転舵させるステアリングモータと、ステアリングホイールの操作量を検出する操舵角センサを備え、この操舵角センサで検出した操作量に基づいて、ステアリングモータを制御して、運転者のステアリングホイールの操作を転舵輪に伝えている。
【０００４】
このようなステアバイワイヤ方式の運転操作装置では、ステアリングホイール（操作部）に結合した操舵軸と、転舵輪とが機械的に分離されていることから、転舵輪からの反力がステアリングホイールに伝わらず、運転者は、路面や転舵輪の状況を掴みにくい。そのため、例えば特開平１０−２１７９９８号公報に記載された操舵制御装置では、ステアリングホイールの操舵角（操舵量）に対応する目標制御量と、転舵軸の実際の変位量である転舵変位量との偏差、及びこの偏差の変化速度を基にして、ステアリングホイールに操舵（操作）反力を発生させることが行われている。このようにすることで、従来のステアバイワイヤ方式の運転操作装置でも、ステアリングホイールの操舵量と、転舵輪の実際の転舵量のズレに応じた反力を運転者が感じることができるようになっている。
【０００５】
また、ステアバイワイヤ方式では、転舵輪と操作部とが機械的に分離していることから、操作部の設計の自由度が高い。そのため、ステアリングホイールの替わりにジョイスティックを用いて車両の転舵輪を転舵する運転操作装置も提唱されており、例えば、特開平９−３０１１９３号公報に記載の運転操作装置もこの一つである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のステアバイワイヤ方式の運転操作装置では、車両の速度に関わらず、同じように操作反力を発生させているため、高速時に操作部に受ける操作反力は、従来の一般的なステアリングホイールよりも小さく、ステアリング操作（操作部の操作）が安定し難かった。一方、車両の安定性を高めるため、高速時に適当な操作反力になるように設定すると、低速時に操作部が重くなりすぎ、操作部の操作が軽快でなくなるという問題があった。
また、路面状況を運転者に分かりやすくするために、転舵輪にかかる路面からの反力を操作反力として操作部に伝えるとしても、全ての反力を正確に操作部に伝えてしまうと、運転者にとっては不快な場合もある。
【０００７】
このような背景から本発明がなされたもので、本発明は、ステアバイワイヤ方式の運転操作装置において、操作性を向上させることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するため、本発明の請求項１では、運転者が操作する操作部と、前記操作部の操作量を検出する操作量検出手段と、車両の転舵輪の転舵量を検出する転舵量検出手段と、少なくとも前記操作量検出手段が検出した操作量に基づいて転舵輪の転舵量を制御する制御手段と、前記制御手段からの信号により前記操作部に操作方向に対する操作反力を与える反力付与手段とを有し、車速を検出する車速センサと接続された車両の運転操作装置において、前記制御手段は、前記操作量と前記転舵量との偏差に対して、前記偏差の高周波域において周波数の増大に応じてゲインを漸減させる周波数補正係数を乗じ、前記乗じた結果に、前記車速センサが検出した車速の増大に応じて増大する車速応動係数を乗じて前記操作反力を決定するように構成されたことを特徴とする。
【０００９】
このような運転操作装置によれば、運転者が操作部を操作した操作量と、転舵輪の転舵量との偏差、すなわち操作部の位置（＝操作量）と、その操作部の位置に対応する転舵量との差があった場合に、その差に応じて制御手段により転舵輪が制御される。その一方で、制御装置は、車速センサが検出した車速の増大に応じて車速応動係数を前記した偏差に乗じ、この値に応じて、反力付与手段により操作部に操作反力が与えられる。
その結果、車速が低いときには操作部にかかる操作反力、すなわち操作しようとする方向に対する力が小さく、車速が高い時には、操作部にかかる反力が大きくなる。したがって、低車速時の軽快感を損なわずに、高車速時の急操作を防止することができる。
また、運転者が操作部を操作した操作量と、転舵輪の転舵量との偏差の高周波域において周波数の増大に応じてゲインを漸減させる周波数補正係数を前記偏差に乗じた上で操作反力が決定される。したがって、転舵輪が路面の凹凸、その他の振動などにより細かく振れることにより生ずる偏差は、操作反力として操作部に加えられない。そのため、運転者の操作感を良くすることができる。
【００１０】
また、本発明の請求項２では、請求項１に記載の車両の運転操作装置において、運転者が操作可能なモード設定スイッチを設け、前記制御手段は、前記モード設定スイッチで選択されたモードに応じて設定される１つの前記車速応動係数を利用して前記操作反力を決定するよう構成されたことを特徴とする。
【００１１】
このような運転操作装置によれば、運転者がモード設定スイッチを操作して、選択したモードに応じて１つの車速応動係数が設定される。そして、この車速応動係数を利用して、すなわち、前記偏差にこの設定された車速応動係数を乗じた値に応じて操作部に操作反力が与えられる。したがって、運転者が選択したモードに応じて、操作部にかかる操作反力の大きさのパターンが変更される。そのため、運転者の好みに応じて、操作感を変更することができる。
【００１４】
また、本発明の請求項３では、請求項１に記載の車両の運転操作装置において、前記周波数補正係数は、前記偏差の低周波域におけるゲインより中周波域におけるゲインが高いことを特徴とする。
【００１５】
このような運転操作装置によれば、前記した偏差の中周波域の成分を中心に操作反力を操作部に加えることができる。したがって、運転者がスポーティな操舵を行っている中周波域で操作反力を加えることができる。
【００１６】
また、本発明の請求項４では、請求項１または請求項３に記載の車両の運転操作装置において、運転者が操作可能なモード設定スイッチを設け、前記制御手段は、前記モード設定スイッチで選択されたモードに応じて設定される１つの前記周波補正係数を利用して前記操作反力を決定するよう構成されたことを特徴とする。
【００１７】
このような運転操作装置によれば、運転者がモード設定スイッチを操作して、選択したモードに応じて１つの周波数補正係数が設定される。そして、この周波数補正係数を利用して、すなわち、前記偏差にこの設定された周波数補正係数を乗じた値に応じて操作部に操作反力が与えられる。したがって、運転者が選択したモードに応じて、操作部にかかる操作反力の大きさのパターンが変更される。そのため、運転者の好みに応じて、操作感を変更することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る車両の運転操作装置の構成図であり、図２は、操作レバーの構造の詳細を示す斜視図である。
図１に示すように、第１実施形態に係る車両の運転操作装置は、操作部１を右又は左に転舵操作することにより、制御装置４を介して転舵機構部２を作動させる装置である。転舵機構部２では、制御装置４からの信号によりステアリングモータ５を駆動し、このステアリングモータ５の動きをボールねじ機構９によりラック軸７の直線動作に変換して、転舵輪Ｗ，Ｗを転舵する。
操作部１の詳細については後記するが、操作部１は、主として運転者が操作するレバー１１と、このレバー１１の操作量を検出する操作量検出手段１２と、制御装置４の指令に応じ、レバー１１に操作反力を与える操作反力モータ１９とを備えている。なお、操作反力モータ１９が、特許請求の範囲にいう反力付与手段に相当する。
【００１９】
操作量検出手段１２が検出した操作量は制御装置４に入力される。
一方、ラック軸７にはラック軸７の位置（以下、単に「ラック位置」ともいう）を検出するラック位置センサ１０が設けられており、ラック位置センサ１０が検出したラック位置が制御装置４に入力されている。ラック位置センサ１０は、ラック軸に沿って設けられたリニアエンコーダやポテンショメータ等の公知のセンサが用いられ、複数のセンサを組み合わせて使用することも可能である。なお、このラック位置センサ１０は、特許請求の範囲にいう転舵量検出手段に相当する。本実施形態では、ラック位置を検出することで、転舵輪Ｗ，Ｗの転舵量を検出している。
また、車両には、車速センサ２２が設けられており、車速センサ２２が検出した車両の速度が制御装置４に入力されている。
【００２０】
制御装置４からの信号により駆動されるステアリングモータ５は、ボールねじ機構９のナットに連結されている。一方、ボールねじ機構９のねじ軸はラック軸７に形成されている。したがって、ボールねじ機構９により、ステアリングモータ５の回転運動が、ラック軸７の直線運動に変換される。また、ラック軸７は、タイロッド８，８を介して転舵輪Ｗ，Ｗに連結されており、ラック軸７の直線運動が、転舵輪Ｗ，Ｗの転舵運動に変換されている。
【００２１】
［操作部１］
次に、操作部１の詳細について説明する。
図２に示すように、操作部１は、運転者が操作するレバー１１と、レバー１１の操作量を検出する操作量検出手段１２と、操作量検出手段１２を保持するフレーム部１３とを有している。
レバー１１は、その上部を運転者が手で握って操作するもので、その下部にはロッド１４の一端部１４ａが固定されている。ロッド１４はレバー１１と直交するように固定されており、フレーム部１３の壁部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄにベアリング等により軸支されている。これによりレバー１１は、ロッド１４を支軸として左右方向に回転するように傾動させて操作することが可能となっている。なお、以降において、ロッド１４を支軸としてレバー１１を右側に傾動させて転舵輪Ｗ、Ｗを右側に転舵させることを右転舵操作、ロッド１４を支軸としてレバー１１を左側に傾動させて転舵輪Ｗ、Ｗを左側に転舵させることを左転舵操作と記載して説明する。
【００２２】
操作量検出手段１２を構成する操作トルクセンサ１５および操作量センサ１６は、ロッド１４の長手方向に沿って配置されている。なお、特許請求の範囲にいう操作量検出手段としては操作トルクセンサはなくても構わない。
操作トルクセンサ１５は、ひずみゲージ等を用いた公知のセンサからなり、レバー１１にかかるトルク量を検出することで、操作開始時や、転舵輪Ｗ、Ｗの方向切り替え時の応答性を向上させるのに利用される。ここで、本実施形態の操作トルクセンサ１５は０．１Ｖ〜４．９Ｖのアナログで出力される。制御装置４を構成するＣＰＵ(Central Processing Unit)は、これをデジタル信号として入力する。そして、このデジタル信号を所定値オフセットして、アナログ出力での２．５Ｖが０点になるようにする。つまり、制御装置４は、操作トルクセンサ１５の出力を、レバー１１を中立位置から右転舵操作をすると値（検出値Ｔｓ）が＋に、中立位置から左転舵操作をすると値（検出値Ｔｓ）が−になるようにした正負の値として処理する。これにより、制御装置４が認識する操作トルクセンサ１５の出力特性は、図３に示すようなものになる。この操作トルクセンサからの出力（検出値Ｔｓ）は、後に説明するＦＦ(Feed-Forward)制御に用いられる。
【００２３】
操作量センサ１６は、レバー１１の操作によるロッド１４の回転角度を検出するポテンショメータから構成されている。操作量センサ１６はレバー１１の操作量を電圧値（検出値θｓ）として出力するものである。制御装置４のＣＰＵは、この操作角センサ１６の出力も前記した操作トルクセンサ１５の出力と同様に処理する。つまり、図４に示すように、レバー１１が中立位置にあるときの基準電圧値が０点にされ、右転舵操作をするようにレバー１１にトルクをかけると検出値θｓが増大し、逆に左転舵操作をするようにレバー１１にトルクをかけると検出値θｓが減少する。なお、この操作量センサ１６からの出力（検出値θｓ）は、制御装置４が転舵輪Ｗ，Ｗの転舵量を設定するのに用いられる。
【００２４】
さらに、ロッド１４は他端部１４ｂにプーリ１７を有している。このプーリ１７は、ベルト１８を介して操作反力モータ１９の回転軸に連結されている。
操作反力モータ１９は、制御装置４からの信号を受けて、次に述べるセンタリング機構２０と協働して、レバー１１の操作量、及び操作トルクに応じて、レバー１１の操作方向に対する向きに所定の大きさの反力（操作反力）を発生させることで転舵操作の操作性を向上させる。
【００２５】
ロッド１４のレバー１１と操作量センサ１６との間にはレバー１１を中立位置に戻すように付勢するセンタリング機構２０が設けられている。センタリング機構２０は、ロッド１４に固定されたプレート２０ａと、プレート２０ａの左右の両端部のそれぞれに引っ掛けられたセンタリングバネ２０ｂ、２０ｂとから構成されている。センタリングバネ２０ｂ、２０ｂの下側のフックはフレーム部１３の底部１３ｅに引っ掛けられている。従って、例えば、左転舵操作が行われたときは、図４における手前側に位置するセンタリングバネ２０ｂが伸び、このセンタリングバネ２０ｂに元の長さに戻ろうとする反力が発生するので、レバー１１は中立位置に戻るように付勢されることになる。また、左転舵操作が行われた状態から、レバー１１を中立位置に戻す場合は、このセンタリングバネ２０ｂの反力がレバー１１の戻りをアシストする。
【００２６】
［制御装置４］
次に、図５及び図６を参照して、制御装置４について説明する。図５は、本実施形態の運転操作装置の制御の概要を説明する図であり、図６は、制御装置のブロック図である
図５に示すように、本実施形態の制御装置４では、バネ係数Ｋ１に応じたセンタリングバネ２０ｂによる操作反力と、車速応動係数Ｋ２に応じた操作反力とが操作部１に加えられる。
操作部１（レバー１１）の操作は、センタリングバネ２０ｂを伸ばすので、レバー１１を中立位置に戻すように操作反力がかかる。すなわち、操作量にセンタリングバネ２０ｂのバネ係数Ｋ１を乗じた操作反力が操作部１（レバー１１）に加えられる。また、操作部１の操作量をもとにして、ラックの目標位置が設定される。この目標ラック位置は、単に操作部１の位置（操作量）に比例した量など、一定の関係で求められる位置である。そして、実際のラック位置と、目標ラック位置との間の偏差が計算される。この偏差は、通常のステアバイワイヤ方式でないステアリング装置では、ステアリング軸の捻れなどに相当する量である。この偏差に、車速が高いほど大きな値になる車速応動係数Ｋ２（図７参照）を乗じて、操作反力が決定され、操作部１に操作反力が加えられる。
【００２７】
次に、このような制御をする制御装置４の一例について詳細に説明する。
制御装置４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）および所定の電気回路を備えたＥＣＵ（電子制御装置）から構成され、図６に示すように、操作部１および転舵機構部２とは信号伝達ケーブルであるハーネスを介して電気的に連結されている。
そして、制御装置４は、操作部１の操作量センサ１６、操作トルクセンサ１５からの検出値を受け取り転舵機構部２のステアリングモータ５を駆動させる転舵制御部３１と、操作部１の操作反力モータ１９の制御を行う操作反力制御部３２とから構成されている。
なお、制御装置４が特許請求の範囲にいう制御手段に相当する。
【００２８】
［転舵制御部３１］
転舵制御部３１は、操作部１の操作量センサ１６の検出値θｓを取り込んで運転者の行った操作量に対応するラック位置の目標値Ｔｒｓを設定する目標ラック位置設定部３４と、ラック位置の目標値Ｔｒｓと現在のラック位置の偏差を演算する偏差演算部３５と、偏差に対応してステアリングモータ５を駆動させる出力信号Ｄｓ（方向信号＋ＰＷＭ信号）を発生させるステアリングモータ制御信号出力部３６と、この出力信号Ｄｓに基づいてステアリングモータ５を駆動させる出力信号Ｓｓを発生させる電気回路であるステアリングモータ駆動回路３７とから構成されている。
【００２９】
目標ラック位置設定部３４は、操作量センサ１６の検出値θｓをアドレスとしてマップ検索して目標ラック位置を決定し、これに基づく目標ラック位置信号Ｔｒｓを出力する。
【００３０】
偏差演算部３５は、目標ラック位置信号Ｔｒｓと、ラック位置センサ１０で測定した現在のラック位置信号Ｐｓとの偏差を演算するもので、偏差が正の値であれば右方向への転舵と判断し、偏差が負の値であれば左方向への転舵と判断し、それぞれに合わせた極性および大きさの偏差信号Ｄｒｓを出力する。
【００３１】
そして、ステアリングモータ制御信号出力部３６は、偏差信号Ｄｒｓに対してＰ（Proportional）、Ｉ（Integral）、および、Ｄ（Differential）処理を施した制御信号Ｃｓを演算し、後述する制御信号Ｆｃｓと合成する。そして、その合成値の符号および絶対値の大きさに応じた出力信号Ｄｓ（方向信号＋ＰＷＭ信号）をステアリングモータ駆動回路３７に出力する。なお、ステアリングモータ制御信号出力部３６は、前記のようなＰＩＤ機能を備えることで目標ラック位置に対するラック軸７の移動の追従性を向上させている。
【００３２】
ここで、転舵制御部３１は、転舵操作における初期応答性を向上させるために、操作部１の操作トルクセンサ１５のトルク検出値Ｔｓに基づいてステアリングモータ制御信号出力部３６に制御信号Ｆｃｓを出力することでＦＦ制御を行うＦＦ制御部３８を備えている。これにより、操作の初期段階等のようにレバー１１の操作量は少ないが、レバー１１にかけられたトルクが大きい状態において、後に続くレバーの操作量の増加に先駆けてラック軸７を移動させることができるので、転舵操作の応答性を向上させることができる。ここで、この制御信号Ｆｃｓは、ＦＦ制御部３８内に用意されたトルク検出値Ｔｓとステアリングモータ５の駆動量とのマップに基づいて決定されている。
【００３３】
［操作反力制御部３２］
操作反力制御部３２は、操作部１外に設けられた車速センサ２２からの車速検出値（以下「車速」と省略する）Ｖと、偏差演算部３５からの偏差信号Ｄｒｓとに基づいてレバー１１に作用させる目標反力を決定する目標操作反力設定部３９と、目標操作反力設定部３９から出力される目標操作反力信号Ｔｍｓを取得し、操作反力モータ１９を駆動させるための制御信号Ｍｃｓを出力する操作反力モータ制御信号出力部４０と、制御信号Ｍｃｓに基づいて操作反力モータ１９を駆動させるための電気回路からなる操作反力モータ駆動回路４１とから構成されている。
【００３４】
目標操作反力設定部３９は、図７に示すように、車速センサ２２から入力された車速Ｖに応じたゲイン（車速応動係数Ｋ２）を出力する車速応動係数設定部４２と、偏差信号Ｄｒｓと車速応動係数Ｋ２とを乗じて目標操作反力信号Ｔｍｓを出力する反力要素相乗積演算部５０とを備えている。
【００３５】
車速応動係数設定部４２は、図８に例示したような、車速Ｖが大きくなるにつれて大きくなるような車速Ｖの関数として設定された車速応動係数のマップＫ２（Ｖ）に基づいて、目標操作反力のゲインを設定する。すなわち、車速センサ２２が検出した車速ＶからマップＫ２（Ｖ）を参照して車速応動係数Ｋ２を求め、目標操作反力設定部３９に出力する。
【００３６】
なお、車速応動係数Ｋ２は、運転者の好みに応じて選択できるようにしておくのが好ましい。例えば、図６に示したように、操作部１の付近などに「スポーツモード」、「ノーマルモード」、「ラグジュラリーモード」等のモードを選択できるモード設定スイッチ２３を設け、このモード設定スイッチ２３からの出力信号Ｓｍｓを目標操作反力設定部３９に入力するようにする。そして、図７に示すように、目標操作反力設定部３９では、車速応動係数設定部４２に選択されたモードを示す出力信号Ｓｍｓに入力し、この出力信号Ｓｍｓに応じて、複数のパターンの中から１つの車速応動係数Ｋ２の変化のパターンを選択するようにする。車速応動係数Ｋ２のパターンは、例えば、図９に示したようなものである。「ノーマルモード」は標準的な操作反力を加えるように設定され、「スポーツモード」は、Ｋ２（Ｖ）のマップを「ノーマルモード」に比較して全体に大きな値をとるようにして、レバー１１に操作反力が大きめにかかるように設定する。そして、「ラグジュアリーモード」では、Ｋ２（Ｖ）のマップを「ノーマルモード」に比較して全体に小さな値をとるように設定する。
【００３７】
車速応動係数設定部４２は、出力信号Ｓｍｓに応じて、これらのマップＫ２（Ｖ）の中から１つのＫ２（Ｖ）の変化のパターンを決定し、車速Ｖから車速応動係数Ｋ２を求めて、目標操作反力設定部３９に出力する。このように、マップＫ２（Ｖ）の変化のパターンを複数用意しておくと、運転者が「スポーツモード」を選択したときには、レバー１１にかかる操作反力は比較的大きくなり、運転者はダイレクトな操作感を得ることができる。また、運転者が「ラグジュラリーモード」を選択したときには、レバー１１にかかる操作反力は比較的小さくなり、運転者はソフトで高級感のある操作感を得ることができる。
【００３８】
なお、このようにモードを選択できるようにした場合、目標操作反力設定部３９が出力する目標操作反力信号Ｔｍｓと、偏差信号Ｄｒｓの関係は、図１０に示すような関係になる。すなわち、ある車速Ｖにおいて図９のＫ２（Ｖ）のマップから車速応動係数Ｋ２を求め、偏差信号Ｄｒｓを乗じているので、偏差の増大に比例して目標操作反力信号Ｔｍｓは増大する。また、「スポーツモード」は「ノーマルモード」に対して全ての車速Ｖにおいて大きな値のＫ２を与えるので、全体的に大きな目標操作反力信号Ｔｍｓをとる。同様に、「ラグジュラリーモード」は「ノーマルモード」に対して全ての車速Ｖにおいて小さな値のＫ２を与えるので、全体的に小さな目標操作反力信号Ｔｍｓをとる。
【００３９】
次に、このような車両の運転操作装置を搭載した車両における転舵操作について、図１、図６及び図７などを参照して説明する。
まず、車両が交差点に差し掛かって低速で走行しているときに、運転者がレバー１１を中立位置から右側に転舵操作をした場合について説明する。操作の初期段階には、レバー１１の操作量は少ないが、レバー１１にかけられたトルクが大きくなる。ここで、操作トルクセンサ１５からのトルク検出値Ｔｓが出力されるので、転舵制御部３１のＦＦ制御部３８がトルク検出値Ｔｓをアドレスとしてトルクマップ（図示せず）を検索してステアリングモータ制御信号出力部３６の制御信号Ｆｃｓを決定する。そして、この制御信号Ｆｃｓに基づいて、ラック軸７が直線運動し、レバー１１の本格的な操作に先駆けてラック軸７が右側に移動し始める。
【００４０】
そして、レバー１１の操作量に基づいて、目標ラック位置設定部３４が目標ラック位置を設定し、偏差演算部３５が目標ラック位置の現在のラック位置からの偏差を演算する。一方、目標操作反力設定部３９内の車速応動係数設定部４２が現在の車速Ｖから車速応動係数Ｋ２を決定し、反力要素相乗積演算部５０に車速応動係数Ｋ２を出力する（図７参照）。ここで、車両は低速で走行していることから、車速応動係数Ｋ２としては、比較的小さな値が設定される。反力要素相乗積演算部５０（目標操作反力設定部３９）は、前記偏差信号Ｄｒｓと車速応動係数Ｋ２を乗じて目標操作反力信号Ｔｍｓを演算して操作反力モータ制御信号出力部４０に出力する。
さらに、操作反力モータ制御信号出力部４０が目標操作反力信号Ｔｍｓに基づいて制御信号Ｍｃｓを操作反力モータ駆動回路４１に出力し、操作反力モータ駆動回路４１が出力する駆動信号Ｍｓにより操作反力モータ１９が駆動される。
このようにして、操作部１のレバー１１に加えられた操作反力は、比較的小さな力であり、運転者は軽快に操作部１を操作することが可能である。
【００４１】
次に、車両が高速道路などで巡航している場合に、運転者がレーンチェンジをするためにレバー１１を中立位置から右側に転舵操作した場合を説明する。まず、操作の初期段階には、レバー１１の操作量は少ないが、レバー１１にかけられたトルクが大きくなる。ここで、操作トルクセンサ１５からのトルク検出値Ｔｓが出力されるので、転舵制御部３１のＦＦ制御部３８がトルク検出値Ｔｓをアドレスとしてトルクマップ（図示せず）を検索してステアリングモータ制御信号出力部３６の制御信号Ｆｃｓを決定する。そして、この制御信号Ｆｃｓに基づいて、ラック軸７が直線運動し、レバー１１の本格的な操作に先駆けてラック軸７が右側に移動し始める。
【００４２】
そして、レバー１１の操作量に基づいて、目標ラック位置設定部３４が目標ラック位置を設定し、偏差演算部３５が目標ラック位置の現在のラック位置からの偏差を演算する。一方、車速応動係数設定部４２が現在の車速Ｖから車速応動係数Ｋ２を決定し、反力要素相乗積演算部５０に車速応動係数Ｋ２を出力する。ここで、車両は高速で走行していることから、車速応動係数Ｋ２としては、比較的大きな値が設定される。反力要素相乗積演算部５０（目標操作反力設定部３９）は、前記偏差と車速応動係数を乗じて目標操作反力信号Ｔｍｓを演算して操作反力モータ制御信号出力部４０に出力する。
さらに、操作反力モータ制御信号出力部４０が目標操作反力信号Ｔｍｓに基づいて制御信号Ｍｃｓを操作反力モータ駆動回路４１に出力し、操作反力モータ駆動回路４１が出力する駆動信号Ｍｓにより操作反力モータ１９が駆動される。
このようにして、操作部１のレバー１１に加えられた操作反力は、比較的大きな力であり、運転者は操作部１を急操作することができなくなり、車両の走行を安定させることが可能である。
【００４３】
このように、本実施形態の車両の運転操作装置によれば、車両が低速時には、軽快な操作感を実現し、かつ高速時には急操作を防止して車両の安定性を高めることができる。
【００４４】
また、操作部１の付近などにモード設定スイッチ２３を設けて、運転者にモードを選択させた場合には、その選択したモードに応じて、車速応動係数Ｋ２が選択され、この車速応動係数Ｋ２に偏差を乗じて操作反力が設定される。そのため、運転者の好みに応じて操作反力の大きさが設定できる。
【００４５】
［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態について説明する。参照する図面において、図１１は、第２実施形態に係る車両の運転操作装置の制御の概要を説明する図であり、図１２は、目標操作反力設定部３９のブロック図である。なお、本実施形態では、主として第１実施形態と異なる部分について説明し、第１実施形態と同様な部分については同じ符号を付して説明を省略する。
【００４６】
図１１に示すように、本実施形態の制御装置４では、バネ係数Ｋ１に応じたセンタリングバネ２０ｂによる操作反力と、車速応動係数Ｋ２及び、周波数補正係数Ｋ３に応じた操作反力とが操作部１に加えられる。
周波数補正係数Ｋ３は、有用な情報である路面などの状況を操作反力として運転者に伝えるため、偏差信号Ｄｒｓの周波数に応じて重み付けをする係数である。例えば、図１３に示すように、偏差の周波数が高周波な場合に、ゲインを低減させるように重み付けがされている。
【００４７】
図１２に示すように、本実施形態の制御装置４における目標操作反力設定部３９は、第１実施形態の目標操作反力設定部３９に対し、周波数補正係数Ｋ３を反力要素相乗積演算部５０に出力する周波数補正係数設定部４３をさらに備えている。
周波数補正係数設定部４３は、モード設定スイッチ２３からの出力信号Ｓｍｓに応じて、複数のゲインのパターンの中から一つのパターンを出力する。例えば、図１３に示すように、「スポーツモード」が選択された場合には、「ノーマルモード」に対して全体的に大きなゲインとし、ゲインを０とする周波数も高く設定される。また、「ラグジュラリーモード」が選択された場合には、「ノーマルモード」に対して全体的に小さなゲインとし、ゲインを０とする周波数も低く設定される。
なお、モード設定スイッチ２３は必ずしも設けなくてもよい。
【００４８】
反力要素相乗積演算部５０は、偏差演算部３５から入力された偏差信号Ｄｒｓに対し、周波数補正係数設定部４３から入力された周波応動係数Ｋ３を乗じる。このとき、偏差信号Ｄｒｓの周波数ごとに図１３のようなゲインが乗じられるので、周波数補正係数Ｋ３は一種の高周波をカットするフィルタとして働く。そして、反力要素相乗積演算部５０は、周波数補正係数Ｋ３を乗じた後、さらに、車速応動係数設定部４２から入力された車速応動係数Ｋ２とを乗じて目標操作反力信号Ｔｍｓを操作反力モータ制御信号出力部４０へ出力する。
【００４９】
次に、このような車両の運転操作装置を搭載した車両の転舵操作について図１１及び図１２等を参照しながら説明する。
運転者がレバー１１を中立位置から右側に転舵操作した場合、第１実施形態と同様にＦＦ制御部３８が、レバー１１の本格的な操作に先駆けてラック軸７を右側に移動させ始める。
【００５０】
そして、レバー１１の操作量に基づいて、目標ラック位置設定部３４が目標ラック位置を設定し、偏差演算部３５が目標ラック位置の現在のラック位置からの偏差を演算する。一方、車速応動係数設定部４２が現在の車速Ｖから車速応動係数Ｋ２を決定し、反力要素相乗積演算部５０に車速応動係数Ｋ２を出力する。
また、周波数補正係数設定部４３が、モード設定スイッチ２３からの出力信号Ｓｍｓに応じて、周波数補正係数Ｋ３を反力要素相乗積演算部５０へ出力する。反力要素相乗積演算部５０（目標操作反力設定部３９）は、前記偏差と周波数補正係数Ｋ３を乗じ、これに車速応動係数Ｋ２を乗じて目標操作反力信号Ｔｍｓを演算して操作反力モータ制御信号出力部４０に出力する。
さらに、操作反力モータ制御信号出力部４０が目標操作反力信号Ｔｍｓに基づいて制御信号Ｍｃｓを操作反力モータ駆動回路４１に出力し、操作反力モータ駆動回路４１が出力する駆動信号Ｍｓにより操作反力モータ１９が駆動される。
このようにして、本実施形態の運転操作装置では、偏差信号Ｄｒｓの高周波成分を低減させた上で、操作反力が加えられるので、操作部１に不快な高周波の振動が伝わらない。したがって、操作部１のレバー１１に加えられる操作反力は、車速が高くなるほど大きくなって安定性が増すのに加え、高周波の振動が少なくなることで、快適な操作も可能になる。
【００５１】
なお、前記した周波数補正係数Ｋ３は、図１３に示したような高周波成分を低減させるパターンだけでなく、図１４に示すように、偏差の周波数に対し、低周波のゲインより中周波のゲインを大きくしたようなパターンにするのも好ましい。また、このときに、高周波のゲインは、前記した図１３の場合と同様に、ある周波数で低減させるのが望ましい。
周波数補正係数Ｋ３をこのようなゲインのパターンにすることで、運転者がゆっくり操舵している時には軽く、曲線路などでスポーティな操舵をしている時には適度な操舵反力を加え、かつ、不快な高周波の振動を伝えずに、快適な操作も可能にすることができる。
【００５２】
以上説明した本発明は、前記した発明の実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。
例えば、運転者が操作する操作部１を、ジョイスティック型のレバー１１を例に説明したが、操作部１は、通常のステアリングホイールでもよい。また、転舵操作のみをレバー１１で行うこととしたが、スロットル操作やブレーキ操作を同じレバー１１で行うようにしてもよい。また、制御装置４はソフトウェア的にもハードウェア的にも構成することができる。
また、目標操作反力の設定に際しては、レバー１１の行きか戻りか、操作の速度などを加味して決定しても良い。例えば、転舵輪Ｗ，Ｗが、車両の進行に従い、自然に中立の状態に戻るいわゆるセルフアライニングをするように動作させてもよい。
また、ステアリングモータ５としてステッピングモータを使用するときは、フィードバックループを形成する必要がないので、その場合には、転舵輪Ｗ，Ｗを制御するのを目的としては、偏差演算部３５は必要ではない。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、以下のように運転操作装置の操作性を向上させることができる。
請求項１に記載の発明によれば、低車速時の軽快感を損なわずに、高車速時の急操作を防止することができる。また、操作部に加える操作反力の高周波成分を少なくして運転者の操作感を良くすることができる。
【００５４】
請求項２に記載の発明によれば、運転者の好みに応じて車両の操作感を変更することができる。
【００５６】
請求項３に記載の発明によれば、スポーティな操作を行っている中周波域において適度な操作反力を操作部に伝えることができる。
【００５７】
請求項４に記載の発明によれば、運転者の好みに応じて車両の操作感を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る車両の運転操作装置の構成図である。
【図２】操作レバーの構造の詳細を示す斜視図である。
【図３】操作トルクセンサの出力特性を示すグラフである。
【図４】操作量センサの出力特性を示すグラフである。
【図５】本実施形態の運転操作装置の制御の概要を説明する図である。
【図６】制御装置のブロック図である。
【図７】第１実施形態に係る目標操作反力設定部のブロック図である。
【図８】車速応動係数Ｋ２のマップである。
【図９】３つのモードの車速応動係数Ｋ２を示したマップである。
【図１０】３つのモードにおける偏差と目標操作反力信号の関係を示したグラフである。
【図１１】第２実施形態に係る車両の運転操作装置の制御の概要を説明する図である。
【図１２】第２実施形態に係る目標操作反力設定部のブロック図である。
【図１３】３つのモードにおける偏差の周波数とゲインの関係を示したグラフである。
【図１４】偏差の周波数とゲインの関係の他の例を示すグラフである。
【符号の説明】
１…操作部
２…転舵機構部
４…制御装置
１０…ラック位置センサ（転舵量検出手段）
１１…レバー
１２…操作量検出手段
１５…操作トルクセンサ
１６…操作量センサ
１９…操作反力モータ
２２…車速センサ
２３…モード設定スイッチ
Ｋ２…車速応動係数
Ｋ３…周波数補正係数
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の転舵輪を転舵する運転操作装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の転舵輪を転舵する運転操作装置としては、ステアリングホイールを用いたステアリングシステムが知られている。このステアリングシステムは、一般には、ステアリングホイールの回転運動をステアリングギアボックスにおいてラック軸の直線運動に変換し、ラック軸に連結されたリンク機構を駆動させることで転舵輪を転舵するものである。
【０００３】
ところで、近年になって、ステアリングホイールに結合した操舵軸と転舵輪を転舵させる転舵機構とが機械的に分離され、ステアリング装置に設けられたステアリングモータを操舵装置から電気的に制御するいわゆるステアバイワイヤ方式が報告されている。ステアバイワイヤ方式のステアリング装置（以下、「運転操作装置」という。）では、基本構成として、転舵輪を転舵させるステアリングモータと、ステアリングホイールの操作量を検出する操舵角センサを備え、この操舵角センサで検出した操作量に基づいて、ステアリングモータを制御して、運転者のステアリングホイールの操作を転舵輪に伝えている。
【０００４】
このようなステアバイワイヤ方式の運転操作装置では、ステアリングホイール（操作部）に結合した操舵軸と、転舵輪とが機械的に分離されていることから、転舵輪からの反力がステアリングホイールに伝わらず、運転者は、路面や転舵輪の状況を掴みにくい。そのため、例えば特開平１０−２１７９９８号公報に記載された操舵制御装置では、ステアリングホイールの操舵角（操舵量）に対応する目標制御量と、転舵軸の実際の変位量である転舵変位量との偏差、及びこの偏差の変化速度を基にして、ステアリングホイールに操舵（操作）反力を発生させることが行われている。このようにすることで、従来のステアバイワイヤ方式の運転操作装置でも、ステアリングホイールの操舵量と、転舵輪の実際の転舵量のズレに応じた反力を運転者が感じることができるようになっている。
【０００５】
また、ステアバイワイヤ方式では、転舵輪と操作部とが機械的に分離していることから、操作部の設計の自由度が高い。そのため、ステアリングホイールの替わりにジョイスティックを用いて車両の転舵輪を転舵する運転操作装置も提唱されており、例えば、特開平９−３０１１９３号公報に記載の運転操作装置もこの一つである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のステアバイワイヤ方式の運転操作装置では、車両の速度に関わらず、同じように操作反力を発生させているため、高速時に操作部に受ける操作反力は、従来の一般的なステアリングホイールよりも小さく、ステアリング操作（操作部の操作）が安定し難かった。一方、車両の安定性を高めるため、高速時に適当な操作反力になるように設定すると、低速時に操作部が重くなりすぎ、操作部の操作が軽快でなくなるという問題があった。
また、路面状況を運転者に分かりやすくするために、転舵輪にかかる路面からの反力を操作反力として操作部に伝えるとしても、全ての反力を正確に操作部に伝えてしまうと、運転者にとっては不快な場合もある。
【０００７】
このような背景から本発明がなされたもので、本発明は、ステアバイワイヤ方式の運転操作装置において、操作性を向上させることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するため、本発明の請求項１では、運転者が操作する操作部と、前記操作部の操作量を検出する操作量検出手段と、車両の転舵輪の転舵量を検出する転舵量検出手段と、少なくとも前記操作量検出手段が検出した操作量に基づいて転舵輪の転舵量を制御する制御手段と、前記制御手段からの信号により前記操作部に操作方向に対する操作反力を与える反力付与手段とを有し、車速を検出する車速センサと接続された車両の運転操作装置において、前記制御手段は、前記操作量と前記転舵量との偏差に対して、前記偏差の高周波域において周波数の増大に応じてゲインを漸減させる周波数補正係数を乗じ、前記乗じた結果に、前記車速センサが検出した車速の増大に応じて増大する車速応動係数を乗じて前記操作反力を決定するように構成されたことを特徴とする。
【０００９】
このような運転操作装置によれば、運転者が操作部を操作した操作量と、転舵輪の転舵量との偏差、すなわち操作部の位置（＝操作量）と、その操作部の位置に対応する転舵量との差があった場合に、その差に応じて制御手段により転舵輪が制御される。その一方で、制御装置は、車速センサが検出した車速の増大に応じて車速応動係数を前記した偏差に乗じ、この値に応じて、反力付与手段により操作部に操作反力が与えられる。
その結果、車速が低いときには操作部にかかる操作反力、すなわち操作しようとする方向に対する力が小さく、車速が高い時には、操作部にかかる反力が大きくなる。したがって、低車速時の軽快感を損なわずに、高車速時の急操作を防止することができる。
また、運転者が操作部を操作した操作量と、転舵輪の転舵量との偏差の高周波域において周波数の増大に応じてゲインを漸減させる周波数補正係数を前記偏差に乗じた上で操作反力が決定される。したがって、転舵輪が路面の凹凸、その他の振動などにより細かく振れることにより生ずる偏差は、操作反力として操作部に加えられない。そのため、運転者の操作感を良くすることができる。
【００１０】
また、本発明の請求項２では、請求項１に記載の車両の運転操作装置において、運転者が操作可能なモード設定スイッチを設け、前記制御手段は、前記モード設定スイッチで選択されたモードに応じて設定される１つの前記車速応動係数を利用して前記操作反力を決定するよう構成されたことを特徴とする。
【００１１】
このような運転操作装置によれば、運転者がモード設定スイッチを操作して、選択したモードに応じて１つの車速応動係数が設定される。そして、この車速応動係数を利用して、すなわち、前記偏差にこの設定された車速応動係数を乗じた値に応じて操作部に操作反力が与えられる。したがって、運転者が選択したモードに応じて、操作部にかかる操作反力の大きさのパターンが変更される。そのため、運転者の好みに応じて、操作感を変更することができる。
【００１４】
また、本発明の請求項３では、請求項１に記載の車両の運転操作装置において、前記周波数補正係数は、前記偏差の低周波域におけるゲインより中周波域におけるゲインが高いことを特徴とする。
【００１５】
このような運転操作装置によれば、前記した偏差の中周波域の成分を中心に操作反力を操作部に加えることができる。したがって、運転者がスポーティな操舵を行っている中周波域で操作反力を加えることができる。
【００１６】
また、本発明の請求項４では、請求項１または請求項３に記載の車両の運転操作装置において、運転者が操作可能なモード設定スイッチを設け、前記制御手段は、前記モード設定スイッチで選択されたモードに応じて設定される１つの前記周波補正係数を利用して前記操作反力を決定するよう構成されたことを特徴とする。
【００１７】
このような運転操作装置によれば、運転者がモード設定スイッチを操作して、選択したモードに応じて１つの周波数補正係数が設定される。そして、この周波数補正係数を利用して、すなわち、前記偏差にこの設定された周波数補正係数を乗じた値に応じて操作部に操作反力が与えられる。したがって、運転者が選択したモードに応じて、操作部にかかる操作反力の大きさのパターンが変更される。そのため、運転者の好みに応じて、操作感を変更することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る車両の運転操作装置の構成図であり、図２は、操作レバーの構造の詳細を示す斜視図である。
図１に示すように、第１実施形態に係る車両の運転操作装置は、操作部１を右又は左に転舵操作することにより、制御装置４を介して転舵機構部２を作動させる装置である。転舵機構部２では、制御装置４からの信号によりステアリングモータ５を駆動し、このステアリングモータ５の動きをボールねじ機構９によりラック軸７の直線動作に変換して、転舵輪Ｗ，Ｗを転舵する。
操作部１の詳細については後記するが、操作部１は、主として運転者が操作するレバー１１と、このレバー１１の操作量を検出する操作量検出手段１２と、制御装置４の指令に応じ、レバー１１に操作反力を与える操作反力モータ１９とを備えている。なお、操作反力モータ１９が、特許請求の範囲にいう反力付与手段に相当する。
【００１９】
操作量検出手段１２が検出した操作量は制御装置４に入力される。
一方、ラック軸７にはラック軸７の位置（以下、単に「ラック位置」ともいう）を検出するラック位置センサ１０が設けられており、ラック位置センサ１０が検出したラック位置が制御装置４に入力されている。ラック位置センサ１０は、ラック軸に沿って設けられたリニアエンコーダやポテンショメータ等の公知のセンサが用いられ、複数のセンサを組み合わせて使用することも可能である。なお、このラック位置センサ１０は、特許請求の範囲にいう転舵量検出手段に相当する。本実施形態では、ラック位置を検出することで、転舵輪Ｗ，Ｗの転舵量を検出している。
また、車両には、車速センサ２２が設けられており、車速センサ２２が検出した車両の速度が制御装置４に入力されている。
【００２０】
制御装置４からの信号により駆動されるステアリングモータ５は、ボールねじ機構９のナットに連結されている。一方、ボールねじ機構９のねじ軸はラック軸７に形成されている。したがって、ボールねじ機構９により、ステアリングモータ５の回転運動が、ラック軸７の直線運動に変換される。また、ラック軸７は、タイロッド８，８を介して転舵輪Ｗ，Ｗに連結されており、ラック軸７の直線運動が、転舵輪Ｗ，Ｗの転舵運動に変換されている。
【００２１】
［操作部１］
次に、操作部１の詳細について説明する。
図２に示すように、操作部１は、運転者が操作するレバー１１と、レバー１１の操作量を検出する操作量検出手段１２と、操作量検出手段１２を保持するフレーム部１３とを有している。
レバー１１は、その上部を運転者が手で握って操作するもので、その下部にはロッド１４の一端部１４ａが固定されている。ロッド１４はレバー１１と直交するように固定されており、フレーム部１３の壁部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄにベアリング等により軸支されている。これによりレバー１１は、ロッド１４を支軸として左右方向に回転するように傾動させて操作することが可能となっている。なお、以降において、ロッド１４を支軸としてレバー１１を右側に傾動させて転舵輪Ｗ、Ｗを右側に転舵させることを右転舵操作、ロッド１４を支軸としてレバー１１を左側に傾動させて転舵輪Ｗ、Ｗを左側に転舵させることを左転舵操作と記載して説明する。
【００２２】
操作量検出手段１２を構成する操作トルクセンサ１５および操作量センサ１６は、ロッド１４の長手方向に沿って配置されている。なお、特許請求の範囲にいう操作量検出手段としては操作トルクセンサはなくても構わない。
操作トルクセンサ１５は、ひずみゲージ等を用いた公知のセンサからなり、レバー１１にかかるトルク量を検出することで、操作開始時や、転舵輪Ｗ、Ｗの方向切り替え時の応答性を向上させるのに利用される。ここで、本実施形態の操作トルクセンサ１５は０．１Ｖ〜４．９Ｖのアナログで出力される。制御装置４を構成するＣＰＵ(Central Processing Unit)は、これをデジタル信号として入力する。そして、このデジタル信号を所定値オフセットして、アナログ出力での２．５Ｖが０点になるようにする。つまり、制御装置４は、操作トルクセンサ１５の出力を、レバー１１を中立位置から右転舵操作をすると値（検出値Ｔｓ）が＋に、中立位置から左転舵操作をすると値（検出値Ｔｓ）が−になるようにした正負の値として処理する。これにより、制御装置４が認識する操作トルクセンサ１５の出力特性は、図３に示すようなものになる。この操作トルクセンサからの出力（検出値Ｔｓ）は、後に説明するＦＦ(Feed-Forward)制御に用いられる。
【００２３】
操作量センサ１６は、レバー１１の操作によるロッド１４の回転角度を検出するポテンショメータから構成されている。操作量センサ１６はレバー１１の操作量を電圧値（検出値θｓ）として出力するものである。制御装置４のＣＰＵは、この操作角センサ１６の出力も前記した操作トルクセンサ１５の出力と同様に処理する。つまり、図４に示すように、レバー１１が中立位置にあるときの基準電圧値が０点にされ、右転舵操作をするようにレバー１１にトルクをかけると検出値θｓが増大し、逆に左転舵操作をするようにレバー１１にトルクをかけると検出値θｓが減少する。なお、この操作量センサ１６からの出力（検出値θｓ）は、制御装置４が転舵輪Ｗ，Ｗの転舵量を設定するのに用いられる。
【００２４】
さらに、ロッド１４は他端部１４ｂにプーリ１７を有している。このプーリ１７は、ベルト１８を介して操作反力モータ１９の回転軸に連結されている。
操作反力モータ１９は、制御装置４からの信号を受けて、次に述べるセンタリング機構２０と協働して、レバー１１の操作量、及び操作トルクに応じて、レバー１１の操作方向に対する向きに所定の大きさの反力（操作反力）を発生させることで転舵操作の操作性を向上させる。
【００２５】
ロッド１４のレバー１１と操作量センサ１６との間にはレバー１１を中立位置に戻すように付勢するセンタリング機構２０が設けられている。センタリング機構２０は、ロッド１４に固定されたプレート２０ａと、プレート２０ａの左右の両端部のそれぞれに引っ掛けられたセンタリングバネ２０ｂ、２０ｂとから構成されている。センタリングバネ２０ｂ、２０ｂの下側のフックはフレーム部１３の底部１３ｅに引っ掛けられている。従って、例えば、左転舵操作が行われたときは、図４における手前側に位置するセンタリングバネ２０ｂが伸び、このセンタリングバネ２０ｂに元の長さに戻ろうとする反力が発生するので、レバー１１は中立位置に戻るように付勢されることになる。また、左転舵操作が行われた状態から、レバー１１を中立位置に戻す場合は、このセンタリングバネ２０ｂの反力がレバー１１の戻りをアシストする。
【００２６】
［制御装置４］
次に、図５及び図６を参照して、制御装置４について説明する。図５は、本実施形態の運転操作装置の制御の概要を説明する図であり、図６は、制御装置のブロック図である
図５に示すように、本実施形態の制御装置４では、バネ係数Ｋ１に応じたセンタリングバネ２０ｂによる操作反力と、車速応動係数Ｋ２に応じた操作反力とが操作部１に加えられる。
操作部１（レバー１１）の操作は、センタリングバネ２０ｂを伸ばすので、レバー１１を中立位置に戻すように操作反力がかかる。すなわち、操作量にセンタリングバネ２０ｂのバネ係数Ｋ１を乗じた操作反力が操作部１（レバー１１）に加えられる。また、操作部１の操作量をもとにして、ラックの目標位置が設定される。この目標ラック位置は、単に操作部１の位置（操作量）に比例した量など、一定の関係で求められる位置である。そして、実際のラック位置と、目標ラック位置との間の偏差が計算される。この偏差は、通常のステアバイワイヤ方式でないステアリング装置では、ステアリング軸の捻れなどに相当する量である。この偏差に、車速が高いほど大きな値になる車速応動係数Ｋ２（図７参照）を乗じて、操作反力が決定され、操作部１に操作反力が加えられる。
【００２７】
次に、このような制御をする制御装置４の一例について詳細に説明する。
制御装置４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）および所定の電気回路を備えたＥＣＵ（電子制御装置）から構成され、図６に示すように、操作部１および転舵機構部２とは信号伝達ケーブルであるハーネスを介して電気的に連結されている。
そして、制御装置４は、操作部１の操作量センサ１６、操作トルクセンサ１５からの検出値を受け取り転舵機構部２のステアリングモータ５を駆動させる転舵制御部３１と、操作部１の操作反力モータ１９の制御を行う操作反力制御部３２とから構成されている。
なお、制御装置４が特許請求の範囲にいう制御手段に相当する。
【００２８】
［転舵制御部３１］
転舵制御部３１は、操作部１の操作量センサ１６の検出値θｓを取り込んで運転者の行った操作量に対応するラック位置の目標値Ｔｒｓを設定する目標ラック位置設定部３４と、ラック位置の目標値Ｔｒｓと現在のラック位置の偏差を演算する偏差演算部３５と、偏差に対応してステアリングモータ５を駆動させる出力信号Ｄｓ（方向信号＋ＰＷＭ信号）を発生させるステアリングモータ制御信号出力部３６と、この出力信号Ｄｓに基づいてステアリングモータ５を駆動させる出力信号Ｓｓを発生させる電気回路であるステアリングモータ駆動回路３７とから構成されている。
【００２９】
目標ラック位置設定部３４は、操作量センサ１６の検出値θｓをアドレスとしてマップ検索して目標ラック位置を決定し、これに基づく目標ラック位置信号Ｔｒｓを出力する。
【００３０】
偏差演算部３５は、目標ラック位置信号Ｔｒｓと、ラック位置センサ１０で測定した現在のラック位置信号Ｐｓとの偏差を演算するもので、偏差が正の値であれば右方向への転舵と判断し、偏差が負の値であれば左方向への転舵と判断し、それぞれに合わせた極性および大きさの偏差信号Ｄｒｓを出力する。
【００３１】
そして、ステアリングモータ制御信号出力部３６は、偏差信号Ｄｒｓに対してＰ（Proportional）、Ｉ（Integral）、および、Ｄ（Differential）処理を施した制御信号Ｃｓを演算し、後述する制御信号Ｆｃｓと合成する。そして、その合成値の符号および絶対値の大きさに応じた出力信号Ｄｓ（方向信号＋ＰＷＭ信号）をステアリングモータ駆動回路３７に出力する。なお、ステアリングモータ制御信号出力部３６は、前記のようなＰＩＤ機能を備えることで目標ラック位置に対するラック軸７の移動の追従性を向上させている。
【００３２】
ここで、転舵制御部３１は、転舵操作における初期応答性を向上させるために、操作部１の操作トルクセンサ１５のトルク検出値Ｔｓに基づいてステアリングモータ制御信号出力部３６に制御信号Ｆｃｓを出力することでＦＦ制御を行うＦＦ制御部３８を備えている。これにより、操作の初期段階等のようにレバー１１の操作量は少ないが、レバー１１にかけられたトルクが大きい状態において、後に続くレバーの操作量の増加に先駆けてラック軸７を移動させることができるので、転舵操作の応答性を向上させることができる。ここで、この制御信号Ｆｃｓは、ＦＦ制御部３８内に用意されたトルク検出値Ｔｓとステアリングモータ５の駆動量とのマップに基づいて決定されている。
【００３３】
［操作反力制御部３２］
操作反力制御部３２は、操作部１外に設けられた車速センサ２２からの車速検出値（以下「車速」と省略する）Ｖと、偏差演算部３５からの偏差信号Ｄｒｓとに基づいてレバー１１に作用させる目標反力を決定する目標操作反力設定部３９と、目標操作反力設定部３９から出力される目標操作反力信号Ｔｍｓを取得し、操作反力モータ１９を駆動させるための制御信号Ｍｃｓを出力する操作反力モータ制御信号出力部４０と、制御信号Ｍｃｓに基づいて操作反力モータ１９を駆動させるための電気回路からなる操作反力モータ駆動回路４１とから構成されている。
【００３４】
目標操作反力設定部３９は、図７に示すように、車速センサ２２から入力された車速Ｖに応じたゲイン（車速応動係数Ｋ２）を出力する車速応動係数設定部４２と、偏差信号Ｄｒｓと車速応動係数Ｋ２とを乗じて目標操作反力信号Ｔｍｓを出力する反力要素相乗積演算部５０とを備えている。
【００３５】
車速応動係数設定部４２は、図８に例示したような、車速Ｖが大きくなるにつれて大きくなるような車速Ｖの関数として設定された車速応動係数のマップＫ２（Ｖ）に基づいて、目標操作反力のゲインを設定する。すなわち、車速センサ２２が検出した車速ＶからマップＫ２（Ｖ）を参照して車速応動係数Ｋ２を求め、目標操作反力設定部３９に出力する。
【００３６】
なお、車速応動係数Ｋ２は、運転者の好みに応じて選択できるようにしておくのが好ましい。例えば、図６に示したように、操作部１の付近などに「スポーツモード」、「ノーマルモード」、「ラグジュラリーモード」等のモードを選択できるモード設定スイッチ２３を設け、このモード設定スイッチ２３からの出力信号Ｓｍｓを目標操作反力設定部３９に入力するようにする。そして、図７に示すように、目標操作反力設定部３９では、車速応動係数設定部４２に選択されたモードを示す出力信号Ｓｍｓに入力し、この出力信号Ｓｍｓに応じて、複数のパターンの中から１つの車速応動係数Ｋ２の変化のパターンを選択するようにする。車速応動係数Ｋ２のパターンは、例えば、図９に示したようなものである。「ノーマルモード」は標準的な操作反力を加えるように設定され、「スポーツモード」は、Ｋ２（Ｖ）のマップを「ノーマルモード」に比較して全体に大きな値をとるようにして、レバー１１に操作反力が大きめにかかるように設定する。そして、「ラグジュアリーモード」では、Ｋ２（Ｖ）のマップを「ノーマルモード」に比較して全体に小さな値をとるように設定する。
【００３７】
車速応動係数設定部４２は、出力信号Ｓｍｓに応じて、これらのマップＫ２（Ｖ）の中から１つのＫ２（Ｖ）の変化のパターンを決定し、車速Ｖから車速応動係数Ｋ２を求めて、目標操作反力設定部３９に出力する。このように、マップＫ２（Ｖ）の変化のパターンを複数用意しておくと、運転者が「スポーツモード」を選択したときには、レバー１１にかかる操作反力は比較的大きくなり、運転者はダイレクトな操作感を得ることができる。また、運転者が「ラグジュラリーモード」を選択したときには、レバー１１にかかる操作反力は比較的小さくなり、運転者はソフトで高級感のある操作感を得ることができる。
【００３８】
なお、このようにモードを選択できるようにした場合、目標操作反力設定部３９が出力する目標操作反力信号Ｔｍｓと、偏差信号Ｄｒｓの関係は、図１０に示すような関係になる。すなわち、ある車速Ｖにおいて図９のＫ２（Ｖ）のマップから車速応動係数Ｋ２を求め、偏差信号Ｄｒｓを乗じているので、偏差の増大に比例して目標操作反力信号Ｔｍｓは増大する。また、「スポーツモード」は「ノーマルモード」に対して全ての車速Ｖにおいて大きな値のＫ２を与えるので、全体的に大きな目標操作反力信号Ｔｍｓをとる。同様に、「ラグジュラリーモード」は「ノーマルモード」に対して全ての車速Ｖにおいて小さな値のＫ２を与えるので、全体的に小さな目標操作反力信号Ｔｍｓをとる。
【００３９】
次に、このような車両の運転操作装置を搭載した車両における転舵操作について、図１、図６及び図７などを参照して説明する。
まず、車両が交差点に差し掛かって低速で走行しているときに、運転者がレバー１１を中立位置から右側に転舵操作をした場合について説明する。操作の初期段階には、レバー１１の操作量は少ないが、レバー１１にかけられたトルクが大きくなる。ここで、操作トルクセンサ１５からのトルク検出値Ｔｓが出力されるので、転舵制御部３１のＦＦ制御部３８がトルク検出値Ｔｓをアドレスとしてトルクマップ（図示せず）を検索してステアリングモータ制御信号出力部３６の制御信号Ｆｃｓを決定する。そして、この制御信号Ｆｃｓに基づいて、ラック軸７が直線運動し、レバー１１の本格的な操作に先駆けてラック軸７が右側に移動し始める。
【００４０】
そして、レバー１１の操作量に基づいて、目標ラック位置設定部３４が目標ラック位置を設定し、偏差演算部３５が目標ラック位置の現在のラック位置からの偏差を演算する。一方、目標操作反力設定部３９内の車速応動係数設定部４２が現在の車速Ｖから車速応動係数Ｋ２を決定し、反力要素相乗積演算部５０に車速応動係数Ｋ２を出力する（図７参照）。ここで、車両は低速で走行していることから、車速応動係数Ｋ２としては、比較的小さな値が設定される。反力要素相乗積演算部５０（目標操作反力設定部３９）は、前記偏差信号Ｄｒｓと車速応動係数Ｋ２を乗じて目標操作反力信号Ｔｍｓを演算して操作反力モータ制御信号出力部４０に出力する。
さらに、操作反力モータ制御信号出力部４０が目標操作反力信号Ｔｍｓに基づいて制御信号Ｍｃｓを操作反力モータ駆動回路４１に出力し、操作反力モータ駆動回路４１が出力する駆動信号Ｍｓにより操作反力モータ１９が駆動される。
このようにして、操作部１のレバー１１に加えられた操作反力は、比較的小さな力であり、運転者は軽快に操作部１を操作することが可能である。
【００４１】
次に、車両が高速道路などで巡航している場合に、運転者がレーンチェンジをするためにレバー１１を中立位置から右側に転舵操作した場合を説明する。まず、操作の初期段階には、レバー１１の操作量は少ないが、レバー１１にかけられたトルクが大きくなる。ここで、操作トルクセンサ１５からのトルク検出値Ｔｓが出力されるので、転舵制御部３１のＦＦ制御部３８がトルク検出値Ｔｓをアドレスとしてトルクマップ（図示せず）を検索してステアリングモータ制御信号出力部３６の制御信号Ｆｃｓを決定する。そして、この制御信号Ｆｃｓに基づいて、ラック軸７が直線運動し、レバー１１の本格的な操作に先駆けてラック軸７が右側に移動し始める。
【００４２】
そして、レバー１１の操作量に基づいて、目標ラック位置設定部３４が目標ラック位置を設定し、偏差演算部３５が目標ラック位置の現在のラック位置からの偏差を演算する。一方、車速応動係数設定部４２が現在の車速Ｖから車速応動係数Ｋ２を決定し、反力要素相乗積演算部５０に車速応動係数Ｋ２を出力する。ここで、車両は高速で走行していることから、車速応動係数Ｋ２としては、比較的大きな値が設定される。反力要素相乗積演算部５０（目標操作反力設定部３９）は、前記偏差と車速応動係数を乗じて目標操作反力信号Ｔｍｓを演算して操作反力モータ制御信号出力部４０に出力する。
さらに、操作反力モータ制御信号出力部４０が目標操作反力信号Ｔｍｓに基づいて制御信号Ｍｃｓを操作反力モータ駆動回路４１に出力し、操作反力モータ駆動回路４１が出力する駆動信号Ｍｓにより操作反力モータ１９が駆動される。
このようにして、操作部１のレバー１１に加えられた操作反力は、比較的大きな力であり、運転者は操作部１を急操作することができなくなり、車両の走行を安定させることが可能である。
【００４３】
このように、本実施形態の車両の運転操作装置によれば、車両が低速時には、軽快な操作感を実現し、かつ高速時には急操作を防止して車両の安定性を高めることができる。
【００４４】
また、操作部１の付近などにモード設定スイッチ２３を設けて、運転者にモードを選択させた場合には、その選択したモードに応じて、車速応動係数Ｋ２が選択され、この車速応動係数Ｋ２に偏差を乗じて操作反力が設定される。そのため、運転者の好みに応じて操作反力の大きさが設定できる。
【００４５】
［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態について説明する。参照する図面において、図１１は、第２実施形態に係る車両の運転操作装置の制御の概要を説明する図であり、図１２は、目標操作反力設定部３９のブロック図である。なお、本実施形態では、主として第１実施形態と異なる部分について説明し、第１実施形態と同様な部分については同じ符号を付して説明を省略する。
【００４６】
図１１に示すように、本実施形態の制御装置４では、バネ係数Ｋ１に応じたセンタリングバネ２０ｂによる操作反力と、車速応動係数Ｋ２及び、周波数補正係数Ｋ３に応じた操作反力とが操作部１に加えられる。
周波数補正係数Ｋ３は、有用な情報である路面などの状況を操作反力として運転者に伝えるため、偏差信号Ｄｒｓの周波数に応じて重み付けをする係数である。例えば、図１３に示すように、偏差の周波数が高周波な場合に、ゲインを低減させるように重み付けがされている。
【００４７】
図１２に示すように、本実施形態の制御装置４における目標操作反力設定部３９は、第１実施形態の目標操作反力設定部３９に対し、周波数補正係数Ｋ３を反力要素相乗積演算部５０に出力する周波数補正係数設定部４３をさらに備えている。
周波数補正係数設定部４３は、モード設定スイッチ２３からの出力信号Ｓｍｓに応じて、複数のゲインのパターンの中から一つのパターンを出力する。例えば、図１３に示すように、「スポーツモード」が選択された場合には、「ノーマルモード」に対して全体的に大きなゲインとし、ゲインを０とする周波数も高く設定される。また、「ラグジュラリーモード」が選択された場合には、「ノーマルモード」に対して全体的に小さなゲインとし、ゲインを０とする周波数も低く設定される。
なお、モード設定スイッチ２３は必ずしも設けなくてもよい。
【００４８】
反力要素相乗積演算部５０は、偏差演算部３５から入力された偏差信号Ｄｒｓに対し、周波数補正係数設定部４３から入力された周波応動係数Ｋ３を乗じる。このとき、偏差信号Ｄｒｓの周波数ごとに図１３のようなゲインが乗じられるので、周波数補正係数Ｋ３は一種の高周波をカットするフィルタとして働く。そして、反力要素相乗積演算部５０は、周波数補正係数Ｋ３を乗じた後、さらに、車速応動係数設定部４２から入力された車速応動係数Ｋ２とを乗じて目標操作反力信号Ｔｍｓを操作反力モータ制御信号出力部４０へ出力する。
【００４９】
次に、このような車両の運転操作装置を搭載した車両の転舵操作について図１１及び図１２等を参照しながら説明する。
運転者がレバー１１を中立位置から右側に転舵操作した場合、第１実施形態と同様にＦＦ制御部３８が、レバー１１の本格的な操作に先駆けてラック軸７を右側に移動させ始める。
【００５０】
そして、レバー１１の操作量に基づいて、目標ラック位置設定部３４が目標ラック位置を設定し、偏差演算部３５が目標ラック位置の現在のラック位置からの偏差を演算する。一方、車速応動係数設定部４２が現在の車速Ｖから車速応動係数Ｋ２を決定し、反力要素相乗積演算部５０に車速応動係数Ｋ２を出力する。
また、周波数補正係数設定部４３が、モード設定スイッチ２３からの出力信号Ｓｍｓに応じて、周波数補正係数Ｋ３を反力要素相乗積演算部５０へ出力する。反力要素相乗積演算部５０（目標操作反力設定部３９）は、前記偏差と周波数補正係数Ｋ３を乗じ、これに車速応動係数Ｋ２を乗じて目標操作反力信号Ｔｍｓを演算して操作反力モータ制御信号出力部４０に出力する。
さらに、操作反力モータ制御信号出力部４０が目標操作反力信号Ｔｍｓに基づいて制御信号Ｍｃｓを操作反力モータ駆動回路４１に出力し、操作反力モータ駆動回路４１が出力する駆動信号Ｍｓにより操作反力モータ１９が駆動される。
このようにして、本実施形態の運転操作装置では、偏差信号Ｄｒｓの高周波成分を低減させた上で、操作反力が加えられるので、操作部１に不快な高周波の振動が伝わらない。したがって、操作部１のレバー１１に加えられる操作反力は、車速が高くなるほど大きくなって安定性が増すのに加え、高周波の振動が少なくなることで、快適な操作も可能になる。
【００５１】
なお、前記した周波数補正係数Ｋ３は、図１３に示したような高周波成分を低減させるパターンだけでなく、図１４に示すように、偏差の周波数に対し、低周波のゲインより中周波のゲインを大きくしたようなパターンにするのも好ましい。また、このときに、高周波のゲインは、前記した図１３の場合と同様に、ある周波数で低減させるのが望ましい。
周波数補正係数Ｋ３をこのようなゲインのパターンにすることで、運転者がゆっくり操舵している時には軽く、曲線路などでスポーティな操舵をしている時には適度な操舵反力を加え、かつ、不快な高周波の振動を伝えずに、快適な操作も可能にすることができる。
【００５２】
以上説明した本発明は、前記した発明の実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。
例えば、運転者が操作する操作部１を、ジョイスティック型のレバー１１を例に説明したが、操作部１は、通常のステアリングホイールでもよい。また、転舵操作のみをレバー１１で行うこととしたが、スロットル操作やブレーキ操作を同じレバー１１で行うようにしてもよい。また、制御装置４はソフトウェア的にもハードウェア的にも構成することができる。
また、目標操作反力の設定に際しては、レバー１１の行きか戻りか、操作の速度などを加味して決定しても良い。例えば、転舵輪Ｗ，Ｗが、車両の進行に従い、自然に中立の状態に戻るいわゆるセルフアライニングをするように動作させてもよい。
また、ステアリングモータ５としてステッピングモータを使用するときは、フィードバックループを形成する必要がないので、その場合には、転舵輪Ｗ，Ｗを制御するのを目的としては、偏差演算部３５は必要ではない。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、以下のように運転操作装置の操作性を向上させることができる。
請求項１に記載の発明によれば、低車速時の軽快感を損なわずに、高車速時の急操作を防止することができる。また、操作部に加える操作反力の高周波成分を少なくして運転者の操作感を良くすることができる。
【００５４】
請求項２に記載の発明によれば、運転者の好みに応じて車両の操作感を変更することができる。
【００５６】
請求項３に記載の発明によれば、スポーティな操作を行っている中周波域において適度な操作反力を操作部に伝えることができる。
【００５７】
請求項４に記載の発明によれば、運転者の好みに応じて車両の操作感を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る車両の運転操作装置の構成図である。
【図２】操作レバーの構造の詳細を示す斜視図である。
【図３】操作トルクセンサの出力特性を示すグラフである。
【図４】操作量センサの出力特性を示すグラフである。
【図５】本実施形態の運転操作装置の制御の概要を説明する図である。
【図６】制御装置のブロック図である。
【図７】第１実施形態に係る目標操作反力設定部のブロック図である。
【図８】車速応動係数Ｋ２のマップである。
【図９】３つのモードの車速応動係数Ｋ２を示したマップである。
【図１０】３つのモードにおける偏差と目標操作反力信号の関係を示したグラフである。
【図１１】第２実施形態に係る車両の運転操作装置の制御の概要を説明する図である。
【図１２】第２実施形態に係る目標操作反力設定部のブロック図である。
【図１３】３つのモードにおける偏差の周波数とゲインの関係を示したグラフである。
【図１４】偏差の周波数とゲインの関係の他の例を示すグラフである。
【符号の説明】
１…操作部
２…転舵機構部
４…制御装置
１０…ラック位置センサ（転舵量検出手段）
１１…レバー
１２…操作量検出手段
１５…操作トルクセンサ
１６…操作量センサ
１９…操作反力モータ
２２…車速センサ
２３…モード設定スイッチ
Ｋ２…車速応動係数
Ｋ３…周波数補正係数
Claims (4)
- 運転者が操作する操作部と、前記操作部の操作量を検出する操作量検出手段と、車両の転舵輪の転舵量を検出する転舵量検出手段と、少なくとも前記操作量検出手段が検出した操作量に基づいて転舵輪の転舵量を制御する制御手段と、前記制御手段からの信号により前記操作部に操作方向に対する操作反力を与える反力付与手段とを有し、車速を検出する車速センサと接続された車両の運転操作装置において、
前記制御手段は、前記操作量と前記転舵量との偏差に対して、前記偏差の高周波域において周波数の増大に応じてゲインを漸減させる周波数補正係数を乗じ、前記乗じた結果に、前記車速センサが検出した車速の増大に応じて増大する車速応動係数を乗じて前記操作反力を決定するように構成されたことを特徴とする車両の運転操作装置。 - 運転者が操作可能なモード設定スイッチを設け、
前記制御手段は、前記モード設定スイッチで選択されたモードに応じて設定される１つの前記車速応動係数を利用して前記操作反力を決定するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の車両の運転操作装置。 - 前記周波数補正係数は、前記偏差の低周波域におけるゲインより中周波域におけるゲインが高いことを特徴とする請求項１に記載の車両の運転操作装置。
- 運転者が操作可能なモード設定スイッチを設け、
前記制御手段は、前記モード設定スイッチで選択されたモードに応じて設定される１つの前記周波補正係数を利用して前記操作反力を決定するよう構成されたことを特徴とする請求項１または請求項３に記載の車両の運転操作装置。
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