JPH11192960A - 運転操作装置 - Google Patents
運転操作装置Info
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- JPH11192960A JPH11192960A JP205498A JP205498A JPH11192960A JP H11192960 A JPH11192960 A JP H11192960A JP 205498 A JP205498 A JP 205498A JP 205498 A JP205498 A JP 205498A JP H11192960 A JPH11192960 A JP H11192960A
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Abstract
への操作に対しても同等の操作負荷を運転者に与えるこ
とで、安定した操作性を実現可能な運転操作装置を提供
すること。 【解決手段】 ジョイスティック3を操作する側の腕か
ら、運転者の身体中心に向かう方向への操作よりも、身
体中心から離れる方向への操作の方が、操作量または操
作力が少なくなるよう操作特性を変化させる操作特性変
更手段を有する構成とする。
Description
械の運転装置に係り、更には、操舵装置として、いわゆ
るジョイスティックを備えた運転操作装置に関する。
舵装置としてはステアリングホイールが用いられている
が、例えば特開平8−34353号公報に開示されてい
る車両用操舵装置のように、シートアームレストやイン
スツルメントパネルなど車体内装部品に一端を回転自由
に支持された棒状部材を運転者が操作した角度を入力値
とする、いわゆるジョイスティックと呼ばれる入力手段
を操舵などの操作手段として用いる運転操作装置が知ら
れている。ジョイスティックは、運転者の片手で操作可
能であり、ステアリングホイールに比べて操作量が小さ
くて良いため、運転者の操作負荷が大幅に低減できる。
うな従来のジョイスティックを用いた運転操作装置にあ
っては、ジョイスティックを運転者の身体中心軸に対し
て内側へ傾ける操作(以後、内側操作と呼ぶ)と、外側
へ傾ける操作(以後、外側操作と呼ぶ)とで、操作入力
に対する出力の特性が全く対称となっているため、後述
するような人間の上肢構造上の特徴から内側操作よりも
外側操作の方が操作性が悪い。
とによって関節を曲げ伸ばししており、手首関節は手根
屈筋と手根伸筋が、肘関節では二頭筋と三頭筋がそれぞ
れ屈筋と伸筋の役割を担う。屈筋と伸筋では、屈筋の方
が筋力を出しやすいため、曲げる方向の方が随意的に動
かすことができる。
ぼ一定の角度に固定しながら、手首を曲げる動作と、肘
を支点として前腕部全体を内側から外側へ回転させる動
作の複合動作となる。
への動作に関与する筋肉は、主に手根屈筋、二頭筋、三
頭筋で、外側操作の方向への動作に関与する筋肉は、主
に手根伸筋、三頭筋であるが、外側操作の場合、三頭筋
はほとんど使われない。つまり、内側操作の方が、より
大きな筋力を発生可能な筋肉が関与する。
は、内側操作では手のひらと母指以外の4本の指が接触
しているのに対し、外側操作の場合は母指内側部分のみ
に集中しており、長時間の操作を継続すると、母指を支
える運動筋が疲労しやすい。
特性にしておくと、外側操作の方が、内側操作よりも、
操作速度が遅かったり、操作量が不足したりする可能性
があった。
してなされたもので、車両進行方向に対して、左右のど
ちらの方向への操作に対しても同等の操作負荷を運転者
に与えることで、安定した操作性を実現可能な運転操作
装置を提供することを目的とする。
決するために、請求項1に記載の発明は、既定範囲内の
角度に枢動可能なジョイスティックと、該ジョイスティ
ックに対する運転者の操作量を検出する操作量検出手段
と、車速、横加速度、ヨー角速度など車両の走行状態を
検出する車両走行状態検出手段とを有し、前記操作量検
出手段で検出された操作量と、前記車両走行状態検出手
段で検出された車両状態に応じて、車両の操舵輪を操舵
する操舵機構への操舵指令値を出力する制御手段とを有
する運転操作装置において、前記ジョイスティックを操
作する側の腕から、運転者の身体中心へ向かう方向への
操作よりも、身体中心から離れる方向への操作の方が、
操作量または操作力が少なくなるよう操作特性を変化さ
せる操作特性変更手段を有することを特徴とするもので
ある。
体中心から離れる側の操作であっても、運転者の身体中
心へ向かう操作と同等の操作負荷で操作可能となるの
で、車両の操縦安定性が向上するとともに、長時間の運
転においても局所的な疲労を低減できる。
に記載の運転操作装置において、前記操作特性変更手段
は、前記制御装置で前記操舵機構への操舵角指令値を算
出する際に、操作量に対する操舵角の比率を、ジョイス
ティック操作方向が運転者の身体中心へ向かう方向への
操作よりも、運転者の身体中心から離れる方向への操作
の方が小さくなるように設定されていることを特徴とす
るものである。
体中心へ向かう側の操作よりも、身体中心から離れる側
の操作の方が、少ない操作量で、同等の操舵角を出力で
きるので、運転者の身体中心から離れる側の操作であっ
ても、身体中心へ向かう側の操作と同等の操作応答性を
実現できる。
に記載の運転操作装置において、前記操作特性変更手段
は、ジョイスティック操作方向が運転者の身体中心へ向
かう方向への操作時には、スティック下端を支点とした
円弧状の軌跡を描き、ジョイスティック操作方向が運転
者の身体中心から離れる方向への操作時には、スティッ
ク下端が手部の動きに連動して斜め下方へ平行移動する
機構を設けたことを特徴とするものである。
体中心から離れる側の操作が、筋力を必要としない斜め
下方への平行移動となるため、運転者の操作負荷を大幅
に低減可能である。
1に記載の運転操作装置において、前記操作特性変更手
段は、ジョイスティック操作方向が運転者の身体中心へ
向かう方向への操作の限界角度と身体中心から離れる方
向への操作の限界角度との中立角度を、ジョイスティッ
クの中立角度となるように、無操作時のジョイスティッ
ク軸角度を傾斜させることを特徴とするものである。
体中心から離れる側の操作も、ジョイスティックの中立
角度を身体中心に向かう側へ傾けることによって、筋力
の出にくい伸筋を使わずに済むので、身体中心へ向かう
側と同じ筋肉を使う動作となり、操作負荷を低減するこ
とができる。
の実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
る運転操作装置の第1の実施の形態を示す基本構成図で
ある。まず、図1を用いて構成を説明する。1は、本発
明の運転操作装置を制御する制御手段であり、後述する
操舵角検出手段4、車速検出手段6、車輪速度検出手段
7、横加速度検出手段8、ヨー角速度検出手段9からの
入力信号から、最適な操舵量及び操舵反力を決定し、ス
テアリング駆動手段2、操舵反力発生手段5へ制御信号
を出力する。
の転舵輪を転舵するピニオンギア11と同軸上に取り付
けられた減速ギアを駆動する駆動モータと該モータを駆
動する駆動回路とからなる。制御装置1からの転舵指令
値に相当する電圧値を駆動回路が受信し、モータを駆動
すると、該転舵用モータの回転がピニオンギア11と勘
合するラック軸と連結したタイロッド12を介して直線
運動に変換され、タイロッド12の先端両端に契合され
た一対のナックルアーム13,14によって前輪をキン
グピン15,16のまわりの回転として転舵する。
舵操作の入力手段であり、車体内装部品に一端を回転自
由に鉛直状態を中立位置として支持された棒状部材であ
る。なお、本実施の形態では、運転者の右手で操作しや
すいように、操作する乗員身体の鉛直中心面に対して右
側にジョイスティックが位置する場合について述べる。
ただし、以後説明する事項は全て、左右を入れ換えるだ
けで左手で操作する位置にジョイスティックを設置する
場合にも適用できる。なお、符号17はジョイスティッ
クレバー部である。
力する操舵量を検出するための操舵角検出手段である角
度センサであり、制御手段1が既定のサンプリング時間
毎に、本センサの出力値を入力することによって、現時
点の操舵量を認識する。
操舵反力を付与するための操舵反力発生手段で、ジョイ
スティックのスティック軸に連結された電動モータとモ
ータ駆動回路からなり、制御手段1から送信される電力
に応じたトルクを発生する。
するための車速検出手段、各車輪の回転速度を検出する
車輪速度検出手段、車両に作用する横加速度を検出する
横加速度検出手段、及び、車両のヨー角速度を検出する
ヨー角速度検出手段であり、各検出信号を制御手段1へ
出力し、制御手段1で変換することにより車速、横加速
度、ヨー角速度を認識する。
作を、図2のフローチャートに従って説明する。制御手
段1は、車両の進行方向を決定するための操舵割り込み
ルーチンを開始すると、まずステップS201で、各検
出手段から車両の走行状態を入力する。すなわち、車速
検出手段6、横加速度検出手段8、ヨー角速度検出手段
9、操舵角検出手段4の入力値を順に、車速Vcar、
横加速度G、ヨー角速度r、操舵角θとして読み込む。
準目標舵角φ0を算出する。算出には、図3の関係を用
いる。すなわち、操舵角θが大きいほど目標舵角αが大
きくなる略2次曲線の関係を用いる。ただし、右操舵か
左操舵かによって、曲線の急峻度が変化するように設定
する。これは、前述したように右操作の場合の方が、左
操作に比べてジョイスティックを倒しにくいため、同じ
操作量では、右操舵の方が大きく転舵されるように設定
することにより、右操作の操作量を軽減するためのもの
である。また、操舵角が大きいほど目標舵角を略2次曲
線の非線形的に大きくするのは、操舵角が大きい位置ほ
ど人間が期待する旋回性の期待値が大きくなるからであ
る。
から、車速による目標舵角の補正係数φvを算出する。
算出には、図4の関係を用いる。すなわち、車速Vca
rが高いほど舵角は小さくなる関係に設定する。これ
は、高速ほど伝達比を小さくして高速安定性を重視し、
低速では伝達比を大きくして車庫入れなどの取り回し性
能の向上を狙っている。
2,S203で算出された基準目標舵角φ0と補正係数
φvから、目標舵角φを φ=φv×φ0 として算出する。
準目標値RF0を、図5の関係から算出する。すなわ
ち、目標の値が大きくなるほど反力の大きさが大きくな
る関係とする。ここでは、操舵を右方向に向かって切る
場合と、左方向に切る場合とで、ヒステリシスを持た
せ、逆向きに切ろうとする場合の反力を大きくし、操縦
安定性を向上させることを狙っている。また、反力算出
の基準として目標舵角φを用いているので、右へ切る場
合でも左へ切る場合でも、目標舵角が同じ場合には同じ
基準反力とすることで、車輪の転舵速度に対する操舵反
力の変化率が同じになる。
もとに反力補正係数RFgの値を、図6の関係を用いて
算出する。図6に示すように、横加速度Gの値が大きい
ほど基準反力が大きくなるように設定し、限界加速度G
maxの値近傍で限界であることを乗員に教示するため
に操舵反力を減少させる。ここで、Gmaxは、その時
点での車速Vcar、ヨー角速度r、横加速度Gから予
測される路面摩擦係数に応じて決定する値である。図6
の特性に基づけば、Gmaxの限界域よりもかなり小さ
い常用域においては、横加速度が大きいほど大きな反力
となるため、同一旋回半径であれば車速が大きいほど反
力が大きくなり、同一車速であれば旋回半径が小さいほ
ど大きい反力となる。すなわち、走行条件が厳しいほど
操舵反力が大きくなるという車両の走行状態に応じて違
和感のない反力特性となる。また、従来のステアリング
ホイールを用いる操舵装置の場合は、どれだけ操舵した
かをステアリングホイールをどれだけ回転させたかで判
断している割合が大きいが、本発明の対象とするジョイ
スティックのように、操舵量と実際の車輪転舵角の比率
が変化する運転操作装置では、走行状態に応じて同じ操
舵量でも前輪切れ角が変化するため操舵量だけで判断す
ることが困難となる。そこで、前述のように、横加速度
を基準に操舵反力を走行状態に応じて変化させれば、こ
の操舵反力をもとに車両挙動とのずれを操舵操作にフィ
ードバックすれば良いことになり、操作性が向上する。
5,S206で算出した値から、目標操舵反力RFの値
を RF=RFθ×RFg×RF0 として算出する。ここで、RFθは、操舵角θに応じて
定まる補正係数であり、図7に示す特性を持つ。すなわ
ち、右操作と左操作とで、中立位置を境界としてステッ
プ状に変化し、右操作の方が左操作よりも小さく設定す
る。これにより、中立位置の認知がしやすくなるととも
に、右操作時の反力を左操作よりも総じて小さくするこ
とで、筋力を出しにくい右方向への操作負荷を軽減でき
る。また、操舵角が大きくなるほど補正係数RFθを中
立位置より小さくすることによって、手首の曲げる量の
大きい領域での操作負荷を軽減することが可能となる。
すなわち、図6の補正係数RFgが、車両の運動状態を
乗員に認知させるために望まれる操舵反力の特性に基づ
くのに対し、この補正係数RFθは、乗員自身の操舵入
力の身体負荷に応じて望まれる操舵反力の特性に基づ
く。このように、補正係数を分離することによって、ジ
ョイスティックの設置位置を変更したり、適応する車両
を変更したりして、制御特性を変更しなければならなく
なった場合にも、内容に応じて変更箇所を特定しやすく
なる。
プで算出した目標舵角φ、目標操舵反力RFから、ステ
アリング駆動手段2と操舵反力発生手段5のモータ駆動
回路へ、制御目標値を送信する。
よれば、右(または左)手で握る位置にあるジョイステ
ィックを用いた車両の操作装置において、運転者の身体
中心から離れる右(または左)側の操作であっても、運
転者の身体中心方向へ向かう左(または右)側操作と同
等の操作負荷で操作可能となるので、車両の操縦安定性
が向上するとともに、長時間の運転においても局所的な
疲労を低減できる。
は右)側の操作よりも、身体中心から離れる右(または
左)側の操作の方が、少ない操作量で、同等の操舵角を
出力できるので、運転者の身体中心から離れる右(また
は左)側の操作であっても、身体中心へ向かう左(また
は右)側の操作と同等の操作応答性を実現できる。
運転操作装置の第2の実施の形態について説明する。第
2の実施の形態が、第1の実施の形態と異なる点は、ジ
ョイスティックの機構である。すなわち、図8に示すよ
うに、ジョイスティック3の乗員が把持するレバー部1
7aに、鉛直下向きの力を入力しやすくするための突起
状の押下部18,19を設ける。
構を、図9に示す。すなわち、レバー部17aは、ジョ
イスティック台座28上に既定の角度を持ったガイドレ
ール27に沿ってスライドする軸受部26に枢軸され
る。軸受部26は、図示するように、レバー中心軸に対
して右側の方が左側よりも長く、左側には枢軸部を中心
に回転可能だが、右側には回転できないよう軸受部26
のレバー側の面は鉛直にレバー部17aと既定長さにわ
たり接するよう鉛直面を有している。
立位置へ戻るために、軸受部26とレバー部17aに両
端を固定されたバネ20を配置する。また、右側へのガ
イドレール27に沿った移動を中立位置(左端)まで引
き戻すよう、バネ21を配置する。
生用の駆動モータ22と左側への操作角度を検出するた
めの左操舵量センサ23を設け、ジョイスティック台座
28には、ガイドレール27上の移動量、すなわち右側
への操作量を検出するための右反力発生用の駆動モータ
24と右操作量センサ25とを設ける。
に、右側への軌跡は、斜め下方へ鉛直なまま平行移動す
るのに対し、左側への操作による軌跡は、第1の実施の
形態と同様、枢軸部を中心とした円弧状になる。
操舵時には筋力の出にくい手首の回転運動をする必要が
無く、図8に示す押下部18,19を介して右腕全体で
レバーを平行に押し下げる運動となり、手首に掛かる操
作負荷が軽減される。
手段1の動作は、第1の実施の形態と同様であるが、左
右で非対称である図3と図7の特性において、右側への
操作負荷が減って、操作しやすくなったので、θr_m
axの大きさをθl_maxと同じに近づけることが可
能となり、図7では、さらにRFθ_rをRFθ_lに
近づけることができる。これにより、ジョイスティック
把持部の左右への移動量を対称に近づけることができ、
左右で移動量が違うことから生じる位置決めの難しさが
解消できる。
運転操作装置の第3の実施の形態について説明する。第
3の実施の形態は、ジョイスティックレバー部が、図1
1に示すような形状をしている点が、第1の実施の形態
のジョイスティックの機構と異なる。
部17bの把持部が鉛直軸に対して、左向きに既定角度
αだけ傾斜する形状とする。αの値は、右側への最大操
舵角度よりも大きく設定する。こうすることにより、筋
力を出しにくい、鉛直軸より右側(右手の場合)への操
作をする必要が無くなり、全範囲の操舵を手首を身体中
心へ向かって曲げる操作のみで実現できる。
右でも左でも、操作負荷に大差ないので、図2に示す制
御手段1の動作において、図3と図7の特性は左右対称
に設定する。すなわち、θr_max=θl_max、
RFθ_r=RFθ_lとする。これにより、左右操作
量の対称性が実現でき、位置決めにおける違和感が低減
できる。
よれば、運転者の身体中心から離れる側の操作であって
も、運転者の身体中心方向へ向かう操作と同等の操作負
荷で操作可能となるので、車両の操縦安定性が向上する
とともに、長時間の運転においても局所的な疲労を低減
できる。
る。
である。
舵角の関係を示す特性図である。
正係数の関係を示す特性図である。
標操舵反力の関係を示す特性図である。
力補正係数の関係を示す特性図である。
補正係数の関係を示す特性図である。
機構を示す概略図である。
機構を示す概略図である。
の機構を示す概略図である。
の形状を示す概略図である。
す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 既定範囲内の角度に枢動可能なジョイス
ティックと、該ジョイスティックに対する運転者の操作
量を検出する操作量検出手段と、車速、横加速度、ヨー
角速度など車両の走行状態を検出する車両走行状態検出
手段とを有し、前記操作量検出手段で検出された操作量
と、前記車両走行状態検出手段で検出された車両状態に
応じて、車両の操舵輪を操舵する操舵機構への操舵指令
値を出力する制御手段とを有する運転操作装置におい
て、 前記ジョイスティックを操作する側の腕から、運転者の
身体中心へ向かう方向への操作よりも、身体中心から離
れる方向への操作の方が、操作量または操作力が少なく
なるよう操作特性を変化させる操作特性変更手段を有す
ることを特徴とする運転操作装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の運転操作装置におい
て、 前記操作特性変更手段は、前記制御装置で前記操舵機構
への操舵角指令値を算出する際に、操作量に対する操舵
角の比率を、ジョイスティック操作方向が運転者の身体
中心へ向かう方向への操作よりも、運転者の身体中心か
ら離れる方向への操作の方が小さくなるように設定され
ていることを特徴とする運転操作装置。 - 【請求項3】 請求項1に記載の運転操作装置におい
て、 前記操作特性変更手段は、ジョイスティック操作方向が
運転者の身体中心へ向かう方向への操作時には、スティ
ック下端を支点とした円弧状の軌跡を描き、ジョイステ
ィック操作方向が運転者の身体中心から離れる方向への
操作時には、スティック下端が手部の動きに連動して斜
め下方へ平行移動する機構を設けたことを特徴とする運
転操作装置。 - 【請求項4】 請求項1に記載の運転操作装置におい
て、 前記操作特性変更手段は、ジョイスティック操作方向が
運転者の身体中心へ向かう方向への操作の限界角度と身
体中心から離れる方向への操作の限界角度との中立角度
を、ジョイスティックの中立角度となるように、無操作
時のジョイスティック軸角度を傾斜させることを特徴と
する運転操作装置。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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- 1998-01-08 JP JP205498A patent/JP3882306B2/ja not_active Expired - Fee Related
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