JP3938723B2 - 運転操作装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の運転操作をステアバイワイヤ方式を用いて実現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には、ステアリングホイールやジョイスティックなどの操作子とステアリング機構とが機械的に切り離され、ステアリング機構に設けられたステアリングモータを、操作子の操作に基づいて電気的に制御するいわゆるステアバイワイヤ(SBW)方式といわれるものがある。この方式では、車両の挙動安定性を高めるために様々な制御が行われている。
ここで、車両の挙動を示す状態量としては、ヨーレート、横加速度、ロール角などがあげられるが、以下に車両のヨーレートに着目した制御を行うことで車両の挙動安定性を高める従来技術を説明する。
【0003】
特開2000−43746号公報には、操作子の操作角および車速に応じて定められる目標ヨーレート(以下、規範ヨーレートとする)を用いてステアリングモータの駆動量を制御する技術が開示されている。ステアリングモータの駆動量は転舵輪の目標転舵角として得られ、目標転舵角の演算には、センサで検出する実際のヨーレート、操作角、車速、検出される転舵角と、規範ヨーレートから実際のヨーレートを差し引いた偏差を用いている。そして、規範ヨーレートと実際のヨーレートの偏差を打ち消すように目標転舵角を求め、この目標転舵角に応じてステアリングモータを駆動させている。運転操作装置は、ヨーレートを安定させるように制御を行うので、雪道など車両がスピンしやすい状況においても、車両の挙動安定性を高めることができる。
【0004】
また、特開2000−108914号公報では、運転者の操作に対する手応えを操作反力として作用させる場合に、その操作反力の目標値の演算に車両の実際のヨーレートを検出した値を反映させている。具体的には、ステアリングホイールに操作反力を与える反力モータの制御量として、操舵角に基づく制御量とセンサで検出したヨーレートに係数をかけて得られる制御量との和を用いている。このような制御を行うと、車両の挙動変化により転舵輪に作用する外力の影響を操作反力に反映させることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開2000−43746号公報のように、操作角から求める規範ヨーレートと実際のヨーレートの偏差を打ち消すように目標転舵角を求める制御手法は、実際のヨーレートが規範ヨーレートよりも大きい場合は良いが、雪道などで実際のヨーレートが小さい値しか得られない場合は、車両の挙動が不安定になる可能性がある。すなわち、運転者の意思の現れである操作角から求めた規範ヨーレートに比べて、実際のヨーレートが小さい場合には、制御装置は実際のヨーレートが大きくなるように転舵角を補正する。このため、転舵角が増大することになるが、路面状態などが原因で、車両がこれ以上曲がれない状態で、転舵輪の角度を増大させることは、車両の挙動安定性の観点からは好ましくない。なお、このような現象は、雪道以外にも短いタイムスパンで転舵を繰り返す場合や、カーブを曲がる際などにおいて車両がアンダステアになる場合にも発生する可能性がある。
【0006】
したがって、本発明は、ステアバイワイヤ方式を用いる運転操作装置において、車両の挙動に関する情報を効果的に活用することで、車両の挙動安定性を高めることを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決する本発明の請求項1に係る発明は、操作子の操作により制御装置がアクチュエータを駆動させて転舵輪を転舵させる構成を有し、制御装置は転舵輪の転舵量の設定と、操作子に作用させる反力の設定とを少なくとも行なう運転操作装置であって、制御装置は、前記操作子の操作に応じて前記転舵量の目標値を設定し、車両の挙動を取得した結果に基づいて車両がオーバステアであるかアンダステアであるかを判定し、オーバステアであると判定した場合には、車両の挙動を取得した結果に基づいて転舵量の目標値の補正を行ない、アクチュエータを駆動させて転舵量を戻し、アンダステアであると判定した場合には、車両の挙動を取得した結果に基づいた転舵量の目標値の補正を行なわずに、操作子に作用させる操作反力を増大させ、操作子の操作に応じてアクチュエータを駆動させるように構成した運転操作装置とした。
【0008】
このような運転操作装置は、車両がオーバステアになっていると判定したときには、アクチュエータの駆動量を演算する際に転舵輪を直進方向に戻すような補正を行う。これにより車両は、オーバステアを修正する方向に姿勢制御される。
一方、車両がアンダステアになっていると判定したときには、アクチュエータの駆動量の補正を行う代わりに、操作子に作用させる操作反力の大きさを補正して、操作子が中立位置に戻るようにアシストする。これにより運転者に自己の意思と実際の車両の挙動との間にギャップがあることを通知する。そして、これに応じて運転者が操作子を操作すると、それに応じて車両の姿勢が制御される。
【0009】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の運転操作装置において、車両の実際のヨーレートである実ヨーレートと操作子の操作に基づいて求められる規範ヨーレートとを車両の挙動として取得し、制御装置は、実ヨーレートと規範ヨーレートが同符号で実ヨーレートの絶対値が規範ヨーレートの絶対値よりも大きいか、あるいは実ヨーレートと規範ヨーレートが異符号の場合にオーバステアと判定し、実ヨーレートと規範ヨーレートが同符号で実ヨーレートの絶対値が規範ヨーレートの絶対値よりも小さい場合にアンダステアと判定することを特徴とする。
【0010】
この運転操作装置は、車両の挙動を安定させるパラメータとしてヨーレートに着目したものであり、オーバステアとアンダステアの判定をヨーレートの偏差に基づいて行う。規範ヨーレートは、操作子の操作量や操作角、もしくは、操作子の操作に応じて変化したラック位置や実転舵角から求めることが望ましい。
【0011】
請求項3に係る発明は、請求項2に記載の運転操作装置において、制御装置は、規範ヨーレートの絶対値から実ヨーレートの絶対値を差し引いた偏差に応じて、転舵輪の転舵量の目標値の補正量もしくは操作反力の増大量を決定し、規範ヨーレートと実ヨーレートの符号が異なる場合に、規範ヨーレートをゼロとして偏差を演算することを特徴とする。
【0012】
この運転操作装置は、規範ヨーレートの絶対値から実ヨーレートの絶対値を差し引いた偏差に応じた制御量で転舵輪の転舵や、操作反力の増加を行わせる際に、転舵輪の転舵量の変化が急激に大きくなることを防止するものである。すなわち、規範ヨーレートと実ヨーレートの符号が異なるようなオーバステア状態から、同符号のアンダステア状態に制御装置の判定が変化すると、転舵角度の補正が行われなくなる。このときに制御量がいきなりゼロになると転舵輪の角度が大きく変化することがあるが、規範ヨーレートと実ヨーレートの符号が異なるようなオーバステア状態においては、規範ヨーレートをゼロに置き換えて偏差を演算することで、このような不連続な制御量の発生を防止し、車両の挙動を安定化させる。
【0013】
【発明の実施の形態】
(第一実施形態)
本発明の第一実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図1は運転操作装置の構成を示す図である。図2は操作部の構成を、図3は制御装置の構成を、それぞれ示す図である。
図1に示すように運転操作装置の操作部1は、ステアリングホイールを用いずに、SBWを実現するものであり、ジョイスティックを備え、このジョイスティックの操作量を制御装置4で処理し、この処理結果に基づいて転舵機構部2のアクチュエータであるステアリングモータ5を駆動させて転舵輪W、Wを転舵させる。また、制御装置4は、車両の挙動を判定し、その結果に基づいて、転舵輪W,Wの角度の制御や操作部1に作用させる操作反力の制御を行うことで、車両の挙動の安定化を図るような処理も行う。なお、転舵輪W,Wの角度の制御とは、転舵輪W,Wの転舵量の制御と同義である。
【0014】
ここで、実際に転舵輪W、Wを転舵させる転舵機構部2は、ラック軸7の直線運動をタイロッド8、8を介して転舵輪W、Wの転舵運動に変換する構成を有している。ラック軸7の直線運動は、ラックアンドピニオン機構の代わりとなるステアリングモータ5およびボールねじ機構9により行われる。つまり、転舵輪W,Wの転舵角はラック位置により決まり、ラック位置はステアリングモータ5の駆動量で制御することができる。なお、転舵輪W,Wの角度は、転舵角センサ10により検出され、制御装置4にフィードバックされている。
【0015】
図2に示すように、操作部1は、操作子であるジョイスティックからなり、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、レバー11が左右に傾動していない位置を中立位置とする。
【0016】
また、操作量検出手段12は、操作トルクセンサ15および操作角センサ16からなり、これらはロッド14の長手方向に沿って配置されている。
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ものである。この操作トルクセンサ15からの検出値Tsはハーネス(信号伝達ケーブル)を通じて制御装置4に入力され、後に説明する操作反力の設定や、フィードフォワード(FF;Feed−Forward)制御に用いられる。なお、レバー11を操作する方向は、制御装置4が検出値Tsの大きさから判定し、例えば、右転舵操作であれば正の値、左転舵操作であれば負の値などに変換して処理を行う。(以下、各検出値において同じ。)
【0017】
操作角センサ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。操作角センサ16はレバー11の操作角に応じて所定の電圧値(検出値θs)を出力するものであり、例えば、右転舵操作が行われるとレバー11の回転量に応じて検出値θsが増大し、左転舵操作が行われるとレバー11の回転量に応じて検出値θsが減少するようになっている。なお、この操作角センサ16からの検出値θsは、ハーネスを通じて制御装置4に入力され、この検出値θsを主値として制御装置4が転舵輪W、Wの転舵量、すなわち、転舵角を設定する。
【0018】
さらに、ロッド14は他端部14bに、プーリ17が設けられており、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の操作方向(レバー11の動き)とは異なる向きおよび所定の大きさの反力(操作反力)を発生させるものである。この操作反力は操作部1の操作性および精度を向上させるために用いられ、その大きさは、制御装置4の処理により設定されるものであり、レバー11の位置および操作方向を主値として定められる。
【0019】
操作反力モータ19と協働するセンタリング機構20は、レバー11と操作角センサ16との間に配置され、レバー11を中立位置に戻すように付勢するものである。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の左右の端部のそれぞれにフックが引っ掛けられたセンタリングスプリング20b、20bとから構成されており、センタリングスプリング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。したがって、例えば、左転舵操作が行われたときは、図2の手前側に位置するセンタリングスプリング20bが延び、このセンタリングスプリング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、レバー11を中立位置に戻す場合は、このセンタリングスプリング20bの反力がレバー11の戻りをアシストする。
【0020】
例えば、右転舵操作が行われている状態で、さらにレバー11が右側に押し込まれた場合は、操作反力モータ19とセンタリング機構20は右転舵操作の向きとは逆向きの操作反力を発生させる。このとき、操作反力モータ19とセンタリング機構20はレバー11の操作量が大きいほど、大きな操作反力を発生させるので、運転者は現在の転舵角や自己の操作量を操作反力の大きさおよび向きにより感知することができる。
【0021】
次に、制御装置4について説明する。
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、操作部1およびステアリングモータ5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。
図3に示すように制御装置4は、車両挙動として車両の実際のヨーレートを検出するヨーレートセンサ23、操作部1の操作角センサ16および操作トルクセンサ15からの検出値θs,Ts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。
【0022】
転舵制御部31は、操作部1の操作角センサ16の検出値θsを取り込んで運転者の行った操作角に応じて転舵輪W,Wの角度を目標値として設定する目標転舵角設定部34と、目標値として設定された転舵角(目標転舵角)と現在の転舵角とから転舵角の偏差量を演算する偏差演算部35と、偏差量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(Pulse Width Modulation)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を駆動させる電気回路であるステアリングモータ駆動回路37と、転舵角および車速から規範ヨーレートを演算する規範ヨーレート演算部42と、ヨーレートに応じて目標転舵角もしくは操作反力の補正を行わせるアクティブ制御部43とから構成されている。
【0023】
規範ヨーレート演算部42は、転舵角センサ10で取得した転舵角の転舵角信号θrと車速センサ22からの車速信号Vsに基づいて規範ヨーレートを演算する。すなわち、転舵角と車速を求め、その転舵角と車速で発生するはずのヨーレートを規範ヨーレートとする。演算結果は、規範ヨーレート信号γmとして出力される。
【0024】
アクティブ制御部43は、車両のヨーレートを運転操作装置の制御に積極的に反映させるための処理を行う。アクティブ制御部43は、車両の挙動を示す指標としてヨーレートセンサ23で検出した実際のヨーレートの検出値であるヨーレート信号γrと、前記した規範ヨーレート信号γmとを取得し、これらに基づいて車両がオーバステアであると判定した場合には、目標転舵角設定部34に所定の出力信号Cosを出力し、車両がアンダステアであると判定した場合には、操作反力制御部32の目標操作反力設定部39に所定の出力信号Cusを出力する。このアクティブ制御部43の詳細な処理について後に説明する。
【0025】
目標転舵角設定部34は、操作角センサ16の検出値θsと、オーバステアと判定された場合に得られる出力信号Cosとに基づいて目標転舵角を設定し、これに基づく目標転舵角信号Trsを出力する。
偏差演算部35は、目標転舵角信号Trsと、転舵角センサ10で測定した現在の転舵角信号θrとの偏差を演算するもので、偏差量が正の値であれば右方向への転舵と判定し、偏差量が負の値であれば左方向への転舵と判定し、それぞれの合わせた極性および大きさの偏差信号Drsを出力する。
【0026】
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転舵角を実現するために駆動させるステアリングモータ5の駆動量を効率良く制御して、ラック軸7の移動の追従性を向上させている。
【0027】
ここで、転舵制御部31は、運転者の操作時の初期応答性を向上させるために、フィードフォワード制御を行うFF制御部38を備えている。FF制御部38は、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を出力するものである。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11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、運転者の操作に対する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と転舵輪W,Wの角度との関係を示すマップに基づいて決定されている。
【0028】
また、操作反力制御部32は、操作部1の操作角センサ16の検出値θsと偏差演算部35からの偏差信号Drsと操作部1外に設けられた車速センサ22からの車速検出値Vs、操作トルクセンサ15のトルク検出値Ts、アンダステアと判定された場合に得られる出力信号Cus、およびヨーレートセンサ23からの実ヨーレート信号γrに基づいてレバー11に作用させる目標操作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。なお、目標操作反力設定部39に入力される偏差信号Drsは、操作部1の操作角と実際の転舵角との差に応じて反力を与えるために用いられ、このような制御は、操作部1と転舵輪W,Wが機械的に繋がっているパワーステアリング装置のような操作感を与えるもので、仮想トーションバー制御と言われる。
【0029】
このような構成を有する制御装置4において本実施形態に特徴的な要素であるアクティブ制御部43の処理について、さらに詳細に説明する。
アクティブ制御部43は、差分回路や、判定回路などから構成され、実ヨーレートと規範ヨーレートのそれぞれの符号と大きさに基づいて、車両がアンダステアの状態にあるかオーバステアの状態であるかを判定する。ここで、実ヨーレートの符号とは、車両が直進した場合の直進方向に対して、実際に車両の右向きの旋回速度を持っているのか、左向きの旋回速度を持っているのかを表すもので、例えば、右方向であれば正、左方向であれば負とあらかじめ定めている。同様に、規範ヨーレートの符号とは、車両を直進させる転舵角(ゼロ度)に対して、転舵輪W,Wが右向きの旋回速度を持つように転舵しているか、左向きの旋回速度を持つように転舵しているかを表すものである。規範ヨーレートの向きと符号は、実ヨーレートの向きと符号に対応付けられており、前記の例であれば、規範ヨーレートは転舵輪W,Wが右方向であれば正、左方向であれば負とする。
【0030】
アクティブ制御部43は、規範ヨーレートの絶対値から実ヨーレートの絶対値を引いた偏差(ヨーレート偏差)が正の値で、かつ、二つのヨーレートの値の符号が等しいときには、アンダステアと判定する。つまり、実ヨーレートの絶対値が、同符号の規範ヨーレートの絶対値よりも小さい場合は、操作をしたにもかかわらず旋回していないと判定する。一方、二つのヨーレートが異符号、もしくは、ヨーレート偏差が負の値のときには、オーバステアと判定する。つまり、実ヨーレートの絶対値が、同符号の規範ヨーレートの絶対値よりも大きく出ているか、異符号の場合は、実際の転舵角以上に車両が回転しているか、車両の回転方向と逆方向に転舵輪W,Wが向いていると判定する。ここにおいて、車両の回転方向と逆方向に転舵輪W,Wが向いている場合とは、緊急回避に限定されずに、車両がカーブを抜けて直線走行に移る際や、車線変更などの通常の運転操作の一過程を含むものとする。
【0031】
アンダステアと判定した場合には、アクティブ制御部43は操作反力制御部32の目標操作反力設定部39にヨーレート偏差の大きさに応じた出力信号Cusを出力する。目標操作反力設定部39は、ヨーレート偏差の大きさに応じて、操作反力の設定値を増加させるので、結果的に操作部1のレバー11を中立位置に戻すような反力が増大する。これにより運転者は操作量が大きすぎることを知覚し、必要な修正を行うことが可能になる。なお、アンダステアの場合には、目標転舵角設定部34に出力信号Cosは出力されないか、目標転舵角の設定にヨーレート偏差に応じて補正を行わないことを指示する所定の信号を出力信号Cosとして出力するものとする。
【0032】
一方、オーバステアと判定した場合には、アクティブ制御部43は目標転舵角設定部34にヨーレート偏差の大きさに応じた出力信号Cosを出力する。この出力信号Cosは、実ヨーレートと規範ヨーレートとを一致させるように目標転舵角に補正をかける信号である。これにより、運転者の操作によらず目標転舵角がヨーレート偏差をゼロにするように補正される。なお、オーバステアの場合には、目標操作反力設定部39に出力信号Cusは出力されないか、操作反力の設定にヨーレート偏差に応じた補正を行わないことを指示する所定の信号を出力信号Cusとして出力するものとする。
【0033】
このような制御装置4による制御を図3および図4を例にして説明する。ここで、図4は、規範ヨーレート、実ヨーレート、転舵角、レバー11の操作角および操作反力を時間の変化を追ってプロットしたものである。なお、レバー11にかかる操作反力は、アクティブ制御部43の出力信号Cusに起因するもののみを図示してある。また、図中で縦軸の「+」、「−」は、前記した右転舵操作、左転舵操作にそれぞれ対応するものである。さらに、縦軸のゼロは、レバー11が中立位置にあることや、操作反力の大きさがゼロであること、転舵輪W,Wの角度がゼロ度であること、などを示す。
【0034】
まず、図4において実ヨーレートが正の値で安定しているときに、操作角を減少させる方向にレバー11を操作すると、前記した制御装置4の処理に基づいて転舵角が操作方向に追従するように変化する(この場合は減少する)。このとき、転舵角から演算される規範ヨーレートも減少傾向になる。そして、転舵角が変化することで車両の姿勢が変化し、実ヨーレートが所定の時間遅れをもって変化する。
【0035】
このとき、時刻t0から時刻t1までの間は、実ヨーレートと規範ヨーレートの大きさと符号が同じであるので、アクティブ制御は行われない。そして、時刻t1から時刻t2の間では、実ヨーレートが同符号の規範ヨーレートよりも大きいので、アクティブ制御部43は車両がオーバステアであると判定する。また、時刻t2から時刻t3までの間は、規範ヨーレートが負の値を持ち、実ヨーレートが正の値を持ち、両者の符号が異なるので、アクティブ制御部43は車両がオーバステアであると判定する。結局、時刻t1から時刻t3までの間は、オーバステアと判定されるので、アクティブ制御部43から目標転舵角設定部34にヨーレート偏差に基づく出力信号Cosが出力され、目標転舵角の設定にヨーレートの情報がフィードバックされ、ヨーレート偏差がゼロになるように目標転舵角の制御量が補正される。これにより、ステアリングモータ5が補正された目標転舵角の制御量に応じて駆動するので、転舵輪W,Wは、オーバステアを解消する方向、つまり、実際の転舵角を戻す(減少させる)方向に転舵する。なお、この間は、ヨーレート偏差に起因する操作反力は発生していない。
【0036】
なお、時刻t3とは、実ヨーレートがゼロとなる時刻であり、ここから時刻t4までは実ヨーレート、規範ヨーレートともに負の値を取り、かつ、実ヨーレートの方が小さい値になるので、アクティブ制御部43は車両がアンダステアであると判定する。このときにアクティブ制御部43は目標操作反力設定部39にヨーレート偏差に基づく出力信号Cusが出力される。目標操作反力設定部39ではヨーレート偏差の大きさに応じて操作反力の目標値(制御量)の大きさと向きが補正される。補正して得られる目標操作反力信号Tmsは、操作反力モータ制御信号出力部40などを経て、操作方向と逆方向、つまり、図4では正の値を取る方向にレバー11を戻すようにアシストする操作反力となる。すると、操作反力の作用によりレバー11には中立位置に戻るようにトルクがかかるので、運転者は操作角が多すぎたことを知覚する。操作反力の作用、もしくは、これと併用する運転者の戻り操作により、操作角が領域Aに示すようにゼロに向かって戻るので、レバー11の位置に基づいて決定される転舵角もゼロになるように変化する。実際の転舵角がゼロに近づくと、これに従って演算される規範ヨーレートの値もゼロに向かう。ここで、実ヨーレートは、この段階では規範ヨーレートよりは小さい値であるので減少せずに、むしろ、規範ヨーレートとの偏差を減少させるように負の方向に増加する。
【0037】
そして、ヨーレート偏差が減少するにつれて、アクティブ制御部43から出力される出力信号Cusに基づく操作反力の制御量は減少する。図4の時刻t3から時刻t4に至るまでの間において、前記した操作反力の作用に応じて変化する規範ヨーレートや実ヨーレートの変化により、ヨーレート偏差は徐々に減少する。これにつれて、この操作反力の大きさは領域Bに示すように徐々に減少する。そして、時刻t4で、二つのヨーレートの大きさと符号が一致し、ヨーレート偏差がゼロになったときに、操作反力の制御量もゼロになる。なお、この間は目標転舵角の設定にヨーレート偏差は考慮されない。
【0038】
時刻t4以降は、負の領域において、実ヨーレートが規範ヨーレートよりも大きくなるので、アクティブ制御部43は車両がオーバステアであると判定する。ここでの処理は、前記したように、ヨーレート偏差を目標転舵角の設定に反映させる制御が行われ、操作反力の大きさや向きはヨーレート偏差に依存しない。
【0039】
以上、説明したように、この運転操作装置は、制御装置4がオーバステアと判定すると、ヨーレート偏差をゼロにするように目標転舵角の修正を行う。ヨーレートといった車両の挙動を示す指標を参考にして車両の姿勢を自動的に修正することで、車両が急激に曲がって運転者に不快感を抱かせることを防止したり、オーバステア状態を放置することで車両がスピンしそうになることを未然に防止することが可能になる。
【0040】
一方、オーバステアと判定して転舵輪W,Wの角度の修正を行っている際に、ヨーレートの偏差を有したまま一方のヨーレートの符号が切り替わるなどして、制御装置4がアンダステアと判定した場合には、転舵角の自動修正は行わずに、操作反力の形で運転者にインフォメーションを与える。これにより、運転者は、操作角が足りないのか、それとも路面と転舵輪W,Wの特性などの原因でこれ以上曲がれないのか、などの判断を行うきっかけを与えられるので、適切な操作を補助することになる。特に、レバー11に警告としてヨーレート偏差に応じた制御量で操作反力を増加させることで、運転者に「オーバステアが収まりつつあるので、舵を中立位置側に戻した方が良い」というメッセージを適確に伝えることができる。
【0041】
(第二実施形態)
本発明の第二実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態は、図1,図3に示す構成を有する運転操作装置において、さらに車両の挙動を安定させる制御に関するものである。したがって、前記の実施形態と重複する説明は省略する。
【0042】
図3に示す制御装置4が、規範ヨーレートと実ヨーレートとを取得し、これらの偏差および符号に応じて、目標転舵角の補正、もしくは、操作反力の発生を行わせることは前記の実施形態と同様であるが、本実施形態では、オーバステアの場合に、規範ヨーレートの符号が切り替わった段階から実ヨーレートの符号が切り替わるまでの間は、規範ヨーレートの値をゼロに置き換えて、ヨーレート偏差を演算することを特徴とする。
【0043】
ここで、規範ヨーレートと実ヨーレートの変化に伴い出力される出力信号Cosに応じて得られる制御量の変化を図5を例にして説明する。図5の上段は運転者が車両を左右方向に転舵操作した場合の実ヨーレートの変化と、転舵角および車速から演算する規範ヨーレートの変化を表したものであり、下段は上段に対応してアクティブ制御部43(図3参照)からの出力に応じて決定される制御量、つまり、ヨーレートの偏差に起因する目標転舵角の補正量を示している。なお、制御装置4がアンダステアと判定したときの制御は、前記の実施形態と同じであるので、以下の説明ではオーバステアの場合の制御を中心に説明する。
【0044】
まず、図5における実ヨーレートと、規範ヨーレート演算部42(図3参照)で演算される規範ヨーレートの変化を説明する。
規範ヨーレートは、時間の進行に従って正から負の方向、さらに負から正へと連続して滑らかに変化している。これに対して、実ヨーレートは、規範ヨーレートを追いかけるようにして連続して滑らかに変化する。時刻t11で運転者がレバー11を中立位置に戻す操作を行うと、規範ヨーレートは減少し、時刻t12で規範ヨーレートと実ヨーレートが交差し、その大小関係が逆転する。その後、規範ヨーレートは、時刻t13でゼロ点を越え、時刻t14で負の領域で極大値を迎えてから再びゼロ点に向かって減少に転じ、時刻t17でゼロ点を再び越える。この間において実ヨーレートは規範ヨーレートに追従すべく減少を始め、時刻t15でゼロ点に至る。そして、時刻t16で負の領域で増加して、規範ヨーレートと交差した後に、極大値を経て、規範ヨーレートに追従すべく減少に転じる。
【0045】
このとき時刻t0から時刻t12に至るまでの間は、規範ヨーレートから実ヨーレートを引いたヨーレート偏差はゼロ以上であり、かつ、二つのヨーレートの符号が等しい。したがって、この時間領域はアンダステアであると判定する。また、時刻t12を越えて時刻t15に至るまでの間は、同符号のヨーレートで偏差が負の値を取るか、異符号のヨーレートになるのでオーバステアと判定する。時刻t15を越えて時刻t16に至るまでの間は、同符号のヨーレートで、偏差が正の値を取るのでアンダステアと判定する。時刻t16を越えて時刻t17までは同符号のヨーレートで、偏差が負の値なのでオーバステアと判定する。
【0046】
ここで、前記したように制御装置4のアクティブ制御部43は、オーバステアと判定した場合であって、規範ヨーレートの符号が切り替わった段階(時刻t13)から実ヨーレートの符号が切り替わるまで(時刻t15)の間は、規範ヨーレートの値をゼロに置き換えて、ヨーレート偏差を演算する。すなわち、図5において時刻t13から時刻t15に至るまでの間は、規範ヨーレート演算部42の演算結果によらず、アクティブ制御部43はヨーレート偏差の演算に用いる規範ヨーレートをゼロとして取り扱う。つまり、アクティブ制御部43は、時刻t13から時刻15に至るまでの間は規範ヨーレートが図5の上段の仮想線で示すように推移するとみなす。これにより、ヨーレート偏差に応じて決定される制御量も下段の仮想線に示すように推移する。この制御量は、規範ヨーレートの向き(符号)と反対の向き(符号)で転舵輪W,Wを中立位置(転舵角がゼロ度)に押し戻す方向に与えられる。また、この制御量は、転舵角から演算した規範ヨーレートの値をそのまま用いた場合の制御量(時刻t13から時刻t15に至るまでの間において実線で示す制御量)に比べて小さく、転舵角の修正に伴うヨーレート偏差の減少に従って徐々に減少し、時刻t15においてはゼロになっている。
【0047】
さらに、時刻t15を越えると、実ヨーレートも負の値を持ち、かつ、実ヨーレートの方が規範ヨーレートよりも小さくなるので、アクティブ制御部43はアンダステアと判定する。これにより、アクティブ制御部43はヨーレート偏差に応じた操作反力を発生させる制御に切り替えるので、目標転舵角にフィードバックさせる制御量は時刻t15から時刻t16までゼロになる。時刻t16以降は、負の値を持つ実ヨーレートに対して、規範ヨーレートが正の値になるので、再びオーバステアと判定される。
【0048】
ここにおいても、時刻t17から時刻t18に至るまでの間は、二つのヨーレートの符号が異なるので、図4のアクティブ制御部43は、規範ヨーレートをゼロに置き換えてヨーレート偏差を演算し、目標転舵角設定部34(図3参照)に出力信号Cosを出力する。この際の制御量は、規範ヨーレートの方向とは逆方向で、負の方向、つまり、転舵輪W,Wを中立位置に押し戻す方向に与えられる。そして、時刻t18において実ヨーレートがゼロ点を通過し、アンダステアと判定されると、目標転舵角補正量についての制御量がゼロになる。
【0049】
時刻t13から時刻t15に至るまでの間のように、二つのヨーレートの符号が異なる場合に、規範ヨーレートをゼロと取り扱わなかった場合は、時刻t15において不連続な制御量がアクティブ制御部43から出力されるのに対して、本実施形態では、時刻t15において制御量がゼロで一致させることができている。これにより、制御量が不連続な値を取ることで目標転舵角が急激に変化し、それに伴って実際の転舵輪W,Wの角度が大きく変化することを防止できる。このような不連続な制御量による転舵輪W,Wの角度変化は、ステアリングモータ5に大きな負荷を与えたり、車両の挙動を乱す要因となるので好ましくない。本実施形態によれば、規範ヨーレートの符号が変化した後に、実ヨーレートの符号が変化するような状況下において、安定した制御を実現し、車両挙動の安定性をさらに向上させることができる。また、時刻t17から時刻t18に至るまでの間も制御の方向が異なるだけで同様の作用・効果が発現される。
【0050】
なお、本発明は前記の各実施形態に限定されずに広く応用することができる。例えば、操作子はジョイスティックとして説明したが、ステアリングホイールであっても良い。
また、規範ヨーレートは転舵角から演算したが、これに横方向の加速度を加味しても良い。さらに、転舵角の代わりに、操作子の操作量を用いることも可能である。この場合は、図3の規範ヨーレート演算部42には操作角センサ16の検出値θsと車速検出値Vsが入力され、規範ヨーレート信号γmが出力される。このようにして規範ヨーレートを演算することで運転者の意思に反映する情報に基づいて規範ヨーレートを演算することが可能になる。
【0051】
そして、アクチュエータ5にステッピングモータを用いる場合など、転舵角でフィードバック制御を行う必要がない場合には、図3の偏差演算部35は設けなくても良い。
また、図3においてステアリングモータ駆動回路37はステアリングモータ5側に備えても良い。同様に、操作反力モータ駆動回路41は操作反力モータ19側に備えても良い。
【0052】
【発明の効果】
本発明の請求項1によれば、車両がアンダステアになっているときには操作子に作用させる操作反力を増大させることで運転者の判断を促し、車両がオーバステアになっているときには転舵輪の角度を制御してオーバステアを修正するように制御した。これにより、運転者の意思を尊重しつつも車両の挙動安定性を高めることができる。
請求項2によれば、請求項1に記載した効果に加えて、実ヨーレートと規範ヨーレートのそれぞれの絶対値の大きさと向きを比較することで、車両がアンダステアであるかオーバステアであるかの判定を行うことで、車両の挙動を適確に捉えることができる。
請求項3によれば、所定の場合の規範ヨーレートをゼロとして制御を行うことで、オーバステアと判定した場合の制御からアンダステアと判定した制御に切り替えるときに、車両の挙動が不安定になることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態における運転操作装置の構成を示す図である。
【図2】操作部の構成を示す図である。
【図3】制御装置の構成を示す図である。
【図4】制御装置による制御を説明する図である。
【図5】制御装置による制御を説明する図である。
【符号の説明】
1 操作部
4 制御装置
5 アクチュエータ
10 転舵角センサ
11 操作レバー
23 ヨーレートセンサ
34 目標転舵角設定部
39 目標操作反力設定部
42 規範ヨーレート演算部
43 アクティブ制御部
Claims (3)
- 操作子の操作により制御装置がアクチュエータを駆動させて転舵輪を転舵させる構成を有し、前記制御装置は前記転舵輪の転舵量の設定と、前記操作子に作用させる反力の設定とを少なくとも行なう運転操作装置であって、
前記制御装置は、前記操作子の操作に応じて前記転舵量の目標値を設定し、車両の挙動を取得した結果に基づいて前記車両がオーバステアであるかアンダステアであるかを判定し、前記オーバステアであると判定した場合には、前記車両の挙動を取得した結果に基づいて前記転舵量の目標値の補正を行ない、前記アクチュエータを駆動させて前記転舵量を戻し、前記アンダステアであると判定した場合には、前記車両の挙動を取得した結果に基づいた前記転舵量の目標値の補正を行なわずに、前記操作子に作用させる操作反力を増大させ、該操作子の操作に応じて前記アクチュエータを駆動させるように構成したことを特徴とする運転操作装置。 - 車両の実際のヨーレートである実ヨーレートと操作子の操作に基づいて求められる規範ヨーレートとを車両の挙動として取得し、前記制御装置は、前記実ヨーレートと前記規範ヨーレートが同符号で前記実ヨーレートの絶対値が前記規範ヨーレートの絶対値よりも大きいか、あるいは前記実ヨーレートと前記規範ヨーレートが異符号の場合にオーバステアと判定し、前記実ヨーレートと前記規範ヨーレートが同符号で前記実ヨーレートの絶対値が前記規範ヨーレートの絶対値よりも小さい場合にアンダステアと判定することを特徴とする請求項1に記載の運転操作装置。
- 前記制御装置は、前記規範ヨーレートの絶対値から前記実ヨーレートの絶対値を差し引いた偏差に応じて、前記転舵輪の転舵量の目標値の補正量もしくは操作反力の増大量を決定し、前記規範ヨーレートと前記実ヨーレートの符号が異なる場合に、前記規範ヨーレートをゼロとして前記偏差を演算することを特徴とする請求項2に記載の運転操作装置。
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