JP3938723B2

JP3938723B2 - 運転操作装置

Info

Publication number: JP3938723B2
Application number: JP2002194995A
Authority: JP
Inventors: 伸夫杉谷; 昌明河野; 修鶴宮
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2022-07-03
Also published as: JP2004034834A

Description

【０００１】
【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

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。