JP4941659B2 - 車両用操作反力制御装置 - Google Patents
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Description
人間系力学特性は運転者の慣性(Mh)、粘性(Bh)、剛性(Kh)で表される機械インピーダンス特性であり、機械系力学特性は操作機構の慣性(Ms)、粘性(Bs)、剛性(Ks)で表される機械インピーダンス特性であり、評価指標は、系全体の力学特性を運転者の慣性(Mh)、粘性(Bh)、剛性(Kh)及び操作機構の慣性(Ms)、粘性(Bs)、剛性(Ks)をパラメータとする人間系と機械系の1自由度の並列モデルで表現して得られる減衰係数ζであることを特徴としている。
このように構成された本発明においては、人間系力学特性値設定手段により定められた運転者の力学特性値を系全体の力学特性に入力すると共に評価指標値設定手段により定められた評価指標値が得られるように、操作機構の機械系力学特性の値を定めるようにし、この設定された操作機構の機械系力学特性の値により、操作機構の操作反力を制御するようにしているので、運転者毎の個人差に合わせて車両の操作機構の反力を得ることにより運転負担をより軽減することが出来る。
このように構成された本発明においては、車両の走行状態に応じたより適切な減衰係数ζを得て、適切な操作機構の反力を得ることが出来る。
このように構成された本発明においては、減衰係数ζを機械操作系に応じて設定するので、各機械系に応じたより適切な車両の操作機構の反力を得ることが出来る。
このように構成された本発明においては、より適切なステアリングの操作反力を得て、運転者のステアリングの操作負担が適切なものになる。
このように構成された本発明においては、より適切なブレーキペダルの操作反力を得て、運転者のブレーキペダルの操作負担が適切なものになる。
このように構成された本発明においては、より適切なアクセルペダルの操作反力を得て、運転者のアクセルペダルの操作負担が適切なものになる。
このように構成された本発明においては、より適切なシフトレバーの操作反力を得て、運転者のシフトレバーの操作負担が適切なものになる。
このように構成された本発明においては、より人間の特性に適合した人間系の機械インピーダンスを定めることが出来、その結果、より適切な機械系の操作反力を得ることが出来る。
このように構成された本発明においては、減衰係数ζが操舵開始時に小さい値に設定され、操舵が進むと大きい値に設定されたステアリング機構により、車両の応答性と安定性との両立を図ることが出来る。
このように構成された本発明においては、減衰係数ζが操舵角(θ)の値に応じて変化するように設定されたステアリング機構により、車両の応答性と安定性との両立を図ることが出来る。
先ず、図1及び図2により、本発明の実施形態による車両用操作反力制御装置において用いられる「人間−機械モデル(生体運動インピーダンス)」について説明する。図1は、本発明の実施形態による車両用操作反力制御装置が適用されたステアリング装置及びそのステアリング装置を操舵する運転者を示す模式図であり、図2は、本発明の実施形態による人間−機械系のインピーダンスを1自由度の並列モデルで示す人間−機械系モデルである。
自動車においては、人間、特に運転者は、自動車に備わった機械システム、例えば、図1に示すようにステアリングを操作したり、その他各種ペダル、ギアシフトレバーなどを操作する。その際、人間は、そのような機械システムの操縦系と接触してその機械特性、例えば、ステアリングの重さやペダルの操作反力など、を知覚し、状況に応じて身体各部位の姿勢や筋を調節して自らの運転特性を巧みに変化させている。例えば、ステアリング操作では、運転者は車両速度や道路のカーブの曲率などに応じて腕全体をかたくしたり、やわらかくしたりする。本発明では、このような人間の運動特性を、慣性Mh、剛性Kh、粘性Bh、といった機械インピーダンスを用いて表現する。
本発明では、人間系のインピーダンス及び機械系のインピーダンスが結合した図2に示すモデル及び(2)式を用いて、後述するようにステアリング特性、例えば操作反力を制御する。
図3に示すように、ステアリング系は、運転者により操作されるステアリングホイール2と、操舵角センサ4と、操舵トルクセンサ6と、ステアリングホイール2に操舵反力を与える操舵反力発生モータ(電動パワーステアリングモータ)8とを備える。符号Hは、運転者の腕或いは手である。なお、電動パワーステアリングモータは、油圧によるパワーステアリングでも良い。
車両用操作反力制御装置は、先ず、S1において、操舵角センサ4から操舵角θを、操舵トルクセンサ6から操舵トルクτを、車速センサ12から車速Vを入力する。
次に、S2において、人間系のインピーダンスである、慣性Mh、粘性Bh、剛性Khを算出する。これは、後述するように、S1で入力された操舵角θ及び操舵力τに基づいて、所定のマップにより算出される。
次に、S4において、ステアリング系インピーダンスを算出する。これは、S2で算出した人間系のインピーダンス、S3で設定した減衰係数ζと、上述した(2)式により、ステアリング系インピーダンスである慣性Ms、粘性Bs、剛性Ksを算出する。
次に、S5において、S4で算出された慣性Ms、粘性Bs、剛性Ksが得られるように、操舵反力発生モータ8(図3参照)を制御する。
次に、S22において、S21で検出された操舵角θ及び操舵トルクτと、図6乃至図8のマップとにより、走行中に逐次、人間系インピーダンスである慣性Mh、粘性Bh、剛性Khを算出する。
また、図7に示すマップにより、操舵角θ及び操舵トルクτに応じた粘性Bhを算出する。この図7に示すマップでは、操舵トルクτが大きくなるにつれて粘性Bhが小さくなるようなマップとなっている。
なお、このS22においては、図6乃至図8のようなマップを運転者毎に設け、例えば、ICカードによる個人認識或いは車室内カメラによる個人認識により、運転者に応じたマップを利用しても良い。
図9に示すように、先ず、S31において、S1(図4参照)で入力された操舵角θ及び車速Vを検出する。さらに、S31においては、検出された操舵角θから所定時間毎の操舵角変化量Δθを算出する。
次に、S32において、S31で検出された操舵角θ、車速V及び操舵角変化量Δθと、図10に示すマップとにより、減衰係数ζを設定する。
図11は、操舵角θ、車速V及び操舵角変化量Δθの各値により、高速走行時且つ直進時であるか等を判別する点では図10と同様であるが、減衰係数ζの値が図10とは一部が異なっている。
図12は、操舵角θ、車速V及び操舵角変化量Δθの各値により、高速走行時且つ直進時であるか等を判別する点では図10と同様であるが、減衰係数ζの値が図10とは一部が異なっている。
ここで、図14は、操舵角θに対する人間−ステアリング系全体の減衰係数ζの設定例の一つである。図10乃至図12に示すマップの他、この図14に示すように、ζが操舵角θに応じて曲線を描いて変化するようにしても良い。ここでは、この図14に示すようなζが得られるようなステアリング系の慣性Ms、粘性Bs、剛性Ksを算出する。
先ず、図17に示すように、第2実施形態は、ペダル操作系についての車両用操作反力制御装置となっている。ペダル操作系は、運転者の脚により操作されるペダル32と、ペダルの操作量を計測するペダル操作量センサ34と、ペダルの操作力を計測するペダル操作反力センサ36と、ペダル32に操作反力を与える操作反力発生モータ38とを備える。符号HLは、運転者の脚である。
なお、ペダルは、ブレーキペダル、アクセルペダル及びクラッチペダルなどの種々のペダルに適用可能である。
図20に示すように、第3実施形態は、レバー操作系についての車両用操作反力制御装置となっている。レバー操作系は、運転者の手により操作されるレバー52と、レバーの操作量を計測するレバー操作量センサ54と、レバーの操作力を計測するレバー操作反力センサ56と、レバー52に操作反力を与える操作反力発生モータ58とを備える。符号Hは、運転者の手或いは腕である。
4 操舵角センサ
6 操舵トルクセンサ
8 操舵反力発生モータ
10 コントロールユニット
12 車速センサ
20 ステアリングモータ
32 ペダル
34 ペダル操作量センサ
36 ペダル操作反力センサ
38 操作反力発生モータ
40 コントロールユニット
42 車速センサ
44 前方状況監視カメラ
52 レバー
54 レバー操作量センサ
56 レバー操作反力センサ
58 操作反力発生モータ
60 コントロールユニット
62 車速センサ
64 スロットルセンサ
Claims (12)
- 車両の操作機構の操作反力を制御する車両用操作反力制御装置であって、
運転者の人間系力学特性と上記操作機構の機械系力学特性との系全体の力学特性を設定する系全体力学特性設定手段と、
この系全体力学特性設定手段により設定された系全体の力学特性に含まれる所定の評価指標の値を定める評価指標値設定手段と、
上記運転者の人間系力学特性の値を定める人間系力学特性値設定手段と、
この人間系力学特性値設定手段により定められた運転者の力学特性値を上記系全体の力学特性に入力すると共に、上記評価指標値設定手段により定められた評価指標値が得られるように上記系全体の力学特性における上記操作機構の機械系力学特性の値を定める機械系力学特性値設定手段と、
この機械系力学特性値設定手段により定められた上記操作機構の機械系力学特性の値に基づいて上記操作機構の操作反力を制御する操作反力制御手段と、
を有し、
上記人間系力学特性は上記運転者の慣性(Mh)、粘性(Bh)、剛性(Kh)で表される機械インピーダンス特性であり、上記機械系力学特性は上記操作機構の慣性(Ms)、粘性(Bs)、剛性(Ks)で表される機械インピーダンス特性であり、上記評価指標は、上記系全体の力学特性を上記運転者の慣性(Mh)、粘性(Bh)、剛性(Kh)及び上記操作機構の慣性(Ms)、粘性(Bs)、剛性(Ks)をパラメータとする人間系と機械系の1自由度の並列モデルで表現して得られる減衰係数ζであることを特徴とする車両用操作反力制御装置。 - 上記減衰係数ζは、上記車両の車速に応じて異なる値に設定される請求項1に記載の車両用操作反力制御装置。
- 上記系全体は、腕とステアリングの系、或いは、脚とペダルの系、或いは、腕とレバーの系である請求項1又は請求項2に記載の車両用操作反力制御装置。
- 上記減衰係数ζは、上記腕とステアリングの系、或いは、脚とペダルの系、或いは、腕とレバーの系のそれぞれに応じて異なる値に設定される請求項3に記載の車両用操作反力制御装置。
- 上記系全体は、運転者の腕とステアリング機構の系であり、上記機械系力学特性値設定手段は、上記減衰係数ζが所定の値となるような上記ステアリング機構の慣性(Ms)、粘性(Bs)、剛性(Ks)の値を定め、上記操作反力制御手段は、それらの機械インピーダンス特性となるような反力を電動パワーステアリングモータに発生させる請求項1に記載の車両用操作反力制御装置。
- 上記ステアリング機構はステアバイワイヤ機構である請求項5に記載の車両用操作反力制御装置。
- 上記系全体は、運転者の脚とブレーキペダル機構との系であり、上記機械系力学特性値設定手段は、上記減衰係数ζが所定の値となるような上記ブレーキペダル機構の慣性(Ms)、粘性(Bs)、剛性(Ks)を定め、上記操作反力制御手段は、それらの機械インピーダンス特性となるような反力を上記ブレーキペダル機構の反力発生モータに発生させる請求項1に記載の車両用操作反力制御装置。
- 上記系全体は、運転者の脚とアクセルペダル機構との系であり、上記機械系力学特性値設定手段は、上記減衰係数ζが所定の値となるような上記アクセルペダル機構の慣性(Ms)、粘性(Bs)、剛性(Ks)を定め、上記操作反力制御手段は、それらの機械インピーダンス特性となるような反力を上記アクセルペダル機構の反力発生モータに発生させる請求項1に記載の車両用操作反力制御装置。
- 上記系全体は、運転者の腕とシフトレバー機構との系であり、上記機械系力学特性値設定手段は、上記減衰係数ζが所定の値となるような上記シフトレバー機構の慣性(Ms)、粘性(Bs)、剛性(Ks)を定め、上記操作反力制御手段は、それらの機械インピーダンス特性となるような反力を上記シフトレバーの反力発生モータに発生させる請求項1に記載の車両用操作反力制御装置。
- 上記系全体は、運転者の腕とステアリング機構との系であり、上記人間系力学特性により定められる上記運転者の慣性(Mh)、粘性(Bh)、剛性(Kh)は、それぞれ、操舵角(θ)が大きい程慣性(Mh)が小さくなり、操舵トルク(τ)が大きい程粘性(Bh)が小さくなり、操舵トルク(τ)が大きい程剛性(Kh)が大きくなる請求項1に記載の車両用操作反力制御装置。
- 上記評価指標設定手段により定められる上記減衰係数ζは、操舵開始時に小さい値に設定され、操舵が進むと大きい値に設定される請求項1に記載の車両用操作反力制御装置。
- 上記評価指標設定手段により定められる上記減衰係数ζは、操舵角(θ)の値に応じて変化するように設定される請求項1に記載の車両用操作反力制御装置。
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