(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールの予め定められた部分に作用する力及びトルクを検出するための第１の検出手段と、
車両の姿勢角を検出する第２の検出手段と、
前記ステアリングホイールの操舵角を検出する第３の検出手段と、
前記第１の検出手段で検出された力及びトルク、前記第２の検出手段で検出された姿勢角、前記第３の検出手段で検出された操舵角、前記予め定められた部分の質量、及び前記ステアリングホイールの傾斜角に基づいて、ドライバが前記予め定められた部分に加えた力及びトルクを推定する推定手段と、
を含むステアリング操作状態推定装置。
【請求項２】
ステアリングホイールの予め定められた部分に作用する力及びトルクを検出するための第１の検出手段と、
車両の姿勢角を検出する第２の検出手段と、
前記ステアリングホイールの操舵角を検出する第３の検出手段と、
前記第１の検出手段で検出された力及びトルク、前記第２の検出手段で検出された姿勢角、該姿勢角から得られる角速度、前記第３の検出手段で検出された操舵角、該操舵角から得られる角速度、前記予め定められた部分の質量、及び前記ステアリングホイールの傾斜角に基づいて、ドライバが前記予め定められた部分に加え、かつ前記予め定められた部分に発生した遠心力が除去された力及びトルクを推定する推定手段と、
を含むステアリング操作状態推定装置。
【請求項３】
ステアリングホイールの予め定められた部分に作用する力及びトルクを検出するための第１の検出手段と、
車両の姿勢角を検出する第２の検出手段と、
前記ステアリングホイールの操舵角を検出する第３の検出手段と、
前記車両の加速度を検出する第４の検出手段と、
前記第１の検出手段で検出された力及びトルク、前記第２の検出手段で検出された姿勢角、該姿勢角から得られる第１の角速度、該第１の角速度から得られる角加速度、前記第３の検出手段で検出された操舵角、該操舵角から得られる第２の角速度、該第２の角速度から得られる角加速度、前記第４の検出手段で検出された前記車両の加速度、前記予め定められた部分の質量、及び前記ステアリングホイールの傾斜角に基づいて、ドライバが前記予め定められた部分に加え、かつ前記部分に発生した遠心力及び慣性力が除去された力及びトルクを推定する推定手段と、
を含むステアリング操作状態推定装置。
【請求項４】
ステアリングホイールの予め定められた部分に作用する力及びトルクを検出するための第１の検出手段と、
車両の姿勢角を検出する第２の検出手段と、
前記ステアリングホイールの操舵角を検出する第３の検出手段と、
前記車両の加速度を検出する第４の検出手段と、
前記第１の検出手段で検出された力及びトルク、前記第２の検出手段で検出された姿勢角、該姿勢角から得られる角加速度、前記第３の検出手段で検出された操舵角、該操舵角から得られる角加速度、前記第４の検出手段で検出された前記車両の加速度、前記予め定められた部分の質量、及び前記ステアリングホイールの傾斜角に基づいて、ドライバが前記予め定められた部分に加え、かつ前記部分に発生した慣性力が除去された力及びトルクを推定する推定手段と、
を含むステアリング操作状態推定装置。
【請求項５】
コンピュータを、
ステアリングホイールの予め定められた部分に作用する力及びトルクを検出するための第１の検出手段で検出された力及びトルク、車両の姿勢角を検出する第２の検出手段で検出された姿勢角、前記ステアリングホイールの操舵角を検出する第３の検出手段で検出された操舵角、前記予め定められた部分の質量、及び前記ステアリングホイールの傾斜角に基づいて、ドライバが前記予め定められた部分に加えた力及びトルクを推定する推定手段
として機能させるためのプログラム。
【請求項６】
コンピュータを、
車両の姿勢角を検出する第１の検出手段で検出された姿勢角に基づいて、姿勢角速度を演算する第１の演算手段、
ステアリングホイールの操舵角を検出する第２の検出手段で検出された操舵角に基づいて、操舵角速度を演算する第２の演算手段、及び
前記ステアリングホイールの予め定められた部分に作用する力及びトルクを検出するための第３の検出手段で検出された力及びトルク、前記第１の検出手段で検出された姿勢角、前記第１の演算手段によって演算された姿勢角速度、前記第２の検出手段で検出された操舵角、前記第２の演算手段によって演算された操舵角速度、前記予め定められた部分の質量、及び前記ステアリングホイールの傾斜角に基づいて、ドライバが前記予め定められた部分に加え、かつ前記予め定められた部分に発生した遠心力が除去された力及びトルクを推定する推定手段
として機能させるためのプログラム。
【請求項７】
コンピュータを、
車両の姿勢角を検出する第１の検出手段で検出された姿勢角に基づいて、姿勢角速度を演算する第１の演算手段、
前記第１の演算手段によって演算された姿勢角速度に基づいて、姿勢角加速度を演算する第２の演算手段、
ステアリングホイールの操舵角を検出する第２の検出手段で検出された操舵角に基づいて、操舵角速度を演算する第３の演算手段、
前記第３の演算手段によって演算された操舵角速度に基づいて、操舵角加速度を演算する第４の演算手段、及び
前記ステアリングホイールの予め定められた部分に作用する力及びトルクを検出するための第３の検出手段で検出された力及びトルク、前記第１の検出手段で検出された姿勢角、前記第１の演算手段によって演算された姿勢角速度、前記第２の演算手段によって演算された姿勢角加速度、前記第２の検出手段で検出された操舵角、前記第３の演算手段によって演算された操舵角速度、前記第４の演算手段によって演算された操舵角加速度、前記予め定められた部分の質量、及び前記ステアリングホイールの傾斜角に基づいて、ドライバが前記予め定められた部分に加え、かつ前記予め定められた部分に発生した遠心力及び慣性力が除去された力及びトルクを推定する推定手段
として機能させるためのプログラム。
【請求項８】
コンピュータを、
車両の姿勢角を検出する第１の検出手段で検出された姿勢角に基づいて、姿勢角加速度を演算する第１の演算手段、
ステアリングホイールの操舵角を検出する第２の検出手段で検出された操舵角に基づいて、操舵角加速度を演算する第２の演算手段、及び
前記ステアリングホイールの予め定められた部分に作用する力及びトルクを検出するための第３の検出手段で検出された力及びトルク、前記第１の検出手段で検出された姿勢角、前記第１の演算手段によって演算された姿勢角加速度、前記第２の検出手段で検出された操舵角、前記第２の演算手段によって演算された操舵角加速度、前記予め定められた部分の質量、及び前記ステアリングホイールの傾斜角に基づいて、ドライバが前記予め定められた部分に加え、かつ前記予め定められた部分に発生した慣性力が除去された力及びトルクを推定する推定手段
として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリング操作状態推定装置、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ステアリングホイールリムの各分割部にかかる力とトルク（モーメント）を力覚センサによって検出し、ステアリングホイールリムの分割部を把持するドライバの手の着力点を接触センサ及び演算部によって検出し、更に、これらの検出結果に基づいて、着力点における力とトルクを算出し、この算出結果を上位装置に出力する操舵操作力検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来、ステアリングホイールの自重によって６分力計に作用する分力がステアリングホイールの姿勢に応じて変化する分力変化特性を予め取得しておき、その分力変化特性を参照し、ステアリングホイールの自重によって作用する分力だけ、６分力を補償するステアリング操作状態検出装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２６５５２８号公報
【特許文献２】特開２００８−２９８４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、実車両に上記特許文献２に記載の装置を搭載して、この装置によって、ドライバが操舵時に握るステアリングホイールにかかる力とトルク（６分力）を検出する場合には、実車両走行時における車両運動にともない発生するばね上姿勢変化により、６分力計に作用する重力の方向が変化するため、検出された６分力の精度が良好なものではない、という問題がある。
【０００６】
また、この場合における実車両走行時の６分力計の出力は、車両運動にともない発生する遠心力や慣性力の影響を受けるため、検出された６分力の精度が良好なものではない、という問題もある。
【０００７】
これらの問題は、例えば、６分力計の起歪部よりも先端部分に存在する質量により起きる現象であると考えられる。
【０００８】
なお、特許文献１に記載の装置についても同様であり、実車両に特許文献１に記載の装置を搭載して、この装置によって、ドライバが操舵時に握るステアリングホイールにかかる力とトルク（６分力）を算出する場合には、算出された６分力の精度が良好なものではない。
【０００９】
本発明は上記問題点を解決するために成されたものであり、従来技術と比較して、より精度が良好な力とトルクを検出することができるステアリング操作状態推定装置、及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の第１のステアリング操作状態推定装置は、ステアリングホイールの予め定められた部分に作用する力及びトルクを検出する第１の検出手段と、車両の姿勢角を検出する第２の検出手段と、前記ステアリングホイールの操舵角を検出する第３の検出手段と、前記第１の検出手段で検出された力及びトルク、前記第２の検出手段で検出された姿勢角、前記第３の検出手段で検出された操舵角、前記予め定められた部分の質量、及び前記ステアリングホイールの傾斜角に基づいて、前記ドライバが前記予め定められた部分に加えた力及びトルクを推定する推定手段とを含んで構成されている。
【００１１】
本発明のステアリング操作状態推定装置によれば、ドライバがステアリングホイールの予め定められた部分に加えた力及びトルクを推定する際に車両の姿勢角が考慮されているので、従来技術のように車両の姿勢角を考慮せずに検出された力及びトルクと比較して、より精度が良好なドライバが予め定められた部分に加えた力とトルクを推定することができる。
【００１２】
また、上記目的を達成するために、本発明の第２のステアリング操作状態推定装置は、ステアリングホイールの予め定められた部分に作用する力及びトルクを検出する第１の検出手段と、車両の姿勢角を検出する第２の検出手段と、前記ステアリングホイールの操舵角を検出する第３の検出手段と、前記第１の検出手段で検出された力及びトルク、前記第２の検出手段で検出された姿勢角、該姿勢角から得られる角速度、前記第３の検出手段で検出された操舵角、該操舵角から得られる角速度、前記予め定められた部分の質量、及び前記ステアリングホイールの傾斜角に基づいて、前記ドライバが前記予め定められた部分に加え、かつ前記予め定められた部分に発生した遠心力が除去された力及びトルクを推定する推定手段とを含んで構成されている。
【００１３】
本発明のステアリング操作状態推定装置によれば、ドライバが予め定められた部分に加えた力及びトルクを推定する際に車両の姿勢角が考慮され、かつ当該予め定められた部分に発生した遠心力を除去してドライバが予め定められた部分に加えた力及びトルクを推定しているので、従来技術のように車両の姿勢角及び遠心力を考慮せずに検出された力及びトルクと比較して、より精度が良好なドライバが予め定められた部分に加えた力とトルクを推定することができる。
【００１４】
また、上記目的を達成するために、本発明の第３のステアリング操作状態推定装置は、ステアリングホイールの予め定められた部分に作用する力及びトルクを検出する第１の検出手段と、車両の姿勢角を検出する第２の検出手段と、前記ステアリングホイールの操舵角を検出する第３の検出手段と、前記車両の加速度を検出する第４の検出手段と、前記第１の検出手段で検出された力及びトルク、前記第２の検出手段で検出された姿勢角、該姿勢角から得られる第１の角速度、該第１の角速度から得られる角加速度、前記第３の検出手段で検出された操舵角、該操舵角から得られる第２の角速度、該第２の角速度から得られる角加速度、前記第４の検出手段で検出された前記車両の加速度、前記予め定められた部分の質量、及び前記ステアリングホイールの傾斜角に基づいて、前記ドライバが前記予め定められた部分に加え、かつ前記部分に発生した遠心力及び慣性力が除去された力及びトルクを推定する推定手段とを含んで構成されている。
【００１５】
本発明のステアリング操作状態推定装置によれば、ドライバが予め定められた部分に加えた力及びトルクを推定する際に車両の姿勢角が考慮され、かつ当該予め定められた部分に発生した遠心力及び慣性力を除去してドライバが予め定められた部分に加えた力及びトルクを推定しているので、従来技術のように車両の姿勢角、遠心力、及び慣性力を考慮せずに検出された力及びトルクと比較して、より精度が良好なドライバが予め定められた部分に加えた力とトルクを推定することができる。
【００１６】
また、上記目的を達成するために、本発明の第４のステアリング操作状態推定装置は、ステアリングホイールの予め定められた部分に作用する力及びトルクを検出するための第１の検出手段と、車両の姿勢角を検出する第２の検出手段と、前記ステアリングホイールの操舵角を検出する第３の検出手段と、前記車両の加速度を検出する第４の検出手段と、前記第１の検出手段で検出された力及びトルク、前記第２の検出手段で検出された姿勢角、該姿勢角から得られる角加速度、前記第３の検出手段で検出された操舵角、該操舵角から得られる角加速度、前記第４の検出手段で検出された前記車両の加速度、前記予め定められた部分の質量、及び前記ステアリングホイールの傾斜角に基づいて、前記ドライバが前記予め定められた部分に加え、かつ前記部分に発生した慣性力が除去された力及びトルクを推定する推定手段とを含んで構成されている。
【００１７】
本発明のステアリング操作状態推定装置によれば、ドライバが予め定められた部分に加えた力及びトルクを推定する際に車両の姿勢角が考慮され、かつ当該予め定められた部分に発生した慣性力を除去してドライバが予め定められた部分に加えた力及びトルクを推定しているので、従来技術のように車両の姿勢角、及び慣性力を考慮せずに検出された力及びトルクと比較して、より精度が良好なドライバが予め定められた部分に加えた力とトルクを推定することができる。
【００１８】
また、上記目的を達成するために、本発明の第１のプログラムは、コンピュータを、ステアリングホイールの予め定められた部分に作用する力及びトルクを検出する第１の検出手段で検出された力及びトルク、車両の姿勢角を検出する第２の検出手段で検出された姿勢角、前記ステアリングホイールの操舵角を検出する第３の検出手段で検出された操舵角、前記予め定められた部分の質量、及び前記ステアリングホイールの傾斜角に基づいて、前記ドライバが前記予め定められた部分に加えた力及びトルクを推定する推定手段として機能させるためのプログラムである。
【００１９】
本発明のプログラムによれば、ドライバがステアリングホイールの予め定められた部分に加えた力及びトルクを推定する際に車両の姿勢角が考慮されているので、従来技術のように車両の姿勢角を考慮せずに検出された力及びトルクと比較して、より精度が良好なドライバが予め定められた部分に加えた力とトルクを推定することができる。
【００２０】
また、上記目的を達成するために、本発明の第２のプログラムは、コンピュータを、車両の姿勢角を検出する第１の検出手段で検出された姿勢角に基づいて、姿勢角速度を演算する第１の演算手段、ステアリングホイールの操舵角を検出する第２の検出手段で検出された操舵角に基づいて、操舵角速度を演算する第２の演算手段、及び前記ステアリングホイールの予め定められた部分に作用する力及びトルクを検出する第３の検出手段で検出された力及びトルク、前記第１の検出手段で検出された姿勢角、前記第１の演算手段によって演算された姿勢角速度、前記第２の検出手段で検出された操舵角、前記第２の演算手段によって演算された操舵角速度、前記予め定められた部分の質量、及び前記ステアリングホイールの傾斜角に基づいて、前記ドライバが前記予め定められた部分に加え、かつ前記予め定められた部分に発生した遠心力が除去された力及びトルクを推定する推定手段として機能させるためのプログラムである。
【００２１】
本発明のプログラムによれば、ドライバが予め定められた部分に加えた力及びトルクを推定する際に車両の姿勢角が考慮され、かつ当該予め定められた部分に発生した遠心力を除去してドライバが予め定められた部分に加えた力及びトルクを推定しているので、従来技術のように車両の姿勢角及び遠心力を考慮せずに検出された力及びトルクと比較して、より精度が良好なドライバが予め定められた部分に加えた力とトルクを推定することができる。
【００２２】
また、上記目的を達成するために、本発明の第３のプログラムは、コンピュータを、車両の姿勢角を検出する第１の検出手段で検出された姿勢角に基づいて、姿勢角速度を演算する第１の演算手段、前記第１の演算手段によって演算された姿勢角速度に基づいて、姿勢角加速度を演算する第２の演算手段、ステアリングホイールの操舵角を検出する第２の検出手段で検出された操舵角に基づいて、操舵角速度を演算する第３の演算手段、前記第３の演算手段によって演算された操舵角速度に基づいて、操舵角加速度を演算する第４の演算手段、及び前記ステアリングホイールの予め定められた部分に作用する力及びトルクを検出する第３の検出手段で検出された力及びトルク、前記第１の検出手段で検出された姿勢角、前記第１の演算手段によって演算された姿勢角速度、前記第２の演算手段によって演算された姿勢角加速度、前記第２の検出手段で検出された操舵角、前記第３の演算手段によって演算された操舵角速度、前記第４の演算手段によって演算された操舵角加速度、前記予め定められた部分の質量、及び前記ステアリングホイールの傾斜角に基づいて、前記ドライバが前記予め定められた部分に加え、かつ前記予め定められた部分に発生した遠心力及び慣性力が除去された力及びトルクを推定する推定手段として機能させるためのプログラムである。
【００２３】
本発明のプログラムによれば、ドライバが予め定められた部分に加えた力及びトルクを推定する際に車両の姿勢角が考慮され、かつ当該予め定められた部分に発生した遠心力及び慣性力を除去してドライバが予め定められた部分に加えた力及びトルクを推定しているので、従来技術のように車両の姿勢角、遠心力、及び慣性力を考慮せずに検出された力及びトルクと比較して、より精度が良好なドライバが予め定められた部分に加えた力とトルクを推定することができる。
【００２４】
また、上記目的を達成するために、本発明の第４のプログラムは、コンピュータを、車両の姿勢角を検出する第１の検出手段で検出された姿勢角に基づいて、姿勢角加速度を演算する第１の演算手段、ステアリングホイールの操舵角を検出する第２の検出手段で検出された操舵角に基づいて、操舵角加速度を演算する第２の演算手段、及び前記ステアリングホイールの予め定められた部分に作用する力及びトルクを検出するための第３の検出手段で検出された力及びトルク、前記第１の検出手段で検出された姿勢角、前記第１の演算手段によって演算された姿勢角加速度、前記第２の検出手段で検出された操舵角、前記第２の演算手段によって演算された操舵角加速度、前記予め定められた部分の質量、及び前記ステアリングホイールの傾斜角に基づいて、前記ドライバが前記予め定められた部分に加え、かつ前記予め定められた部分に発生した慣性力が除去された力及びトルクを推定する推定手段として機能させるためのプログラムである。
【００２５】
本発明のプログラムによれば、ドライバが予め定められた部分に加えた力及びトルクを推定する際に車両の姿勢角が考慮され、かつ当該予め定められた部分に発生した慣性力を除去してドライバが予め定められた部分に加えた力及びトルクを推定しているので、従来技術のように車両の姿勢角、及び慣性力を考慮せずに検出された力及びトルクと比較して、より精度が良好なドライバが予め定められた部分に加えた力とトルクを推定することができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上、説明したように、本発明のステアリング操作状態推定装置及びプログラムによれば、従来技術と比較して、より精度が良好なドライバが予め定められた部分に加えた力とトルクを推定することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施の形態に係るステアリング操作状態推定装置の構成を示す図である。
【図２】本実施の形態に係るステアリング操作状態推定装置の機能ブロック図である。
【図３】本実施の形態に係るステアリングホイールの概略図である。
【図４】センサ座標系を説明するための図である。
【図５】ステアリングホイールの傾斜角及び操舵角を説明するための図である。
【図６】本実施の形態に係るステアリング操作状態推定装置が実行するステアリング操作状態推定処理のフローチャートである。
【図７】座標系を説明するための図である。
【図８】実験内容を説明するための図である。
【図９】実験結果を示す図である。
【図１０】実車両でバンク角のついた路面に一定車速で進入する際の車両運動を示す図である。
【図１１】実車両でバンク角のついた路面に一定車速で進入したときに本実施の形態のステアリング操作状態推定装置によって推定されたドライバの左手のステアリング操作力を示す図である。
【図１２】変形例を示す図である。
【図１３】変形例を示す図である。
【図１４】変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して、本発明のステアリング操作状態推定装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００２９】
図１に示すように、本実施の形態のステアリング操作状態推定装置１０は、車両に搭載されており、コンピュータ１２、６分力検出器（６分力計測器）１４、操舵角センサ１６、姿勢角センサ１８、及び加速センサ２０を備えている。
【００３０】
コンピュータ１２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２ａ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１２ｂ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２ｃ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１２ｄ、及びＩ／Ｏ（入出力）ポート１２ｅを備えている。これらＲＯＭ１２ａ、ＨＤＤ１２ｂ、ＣＰＵ１２ｃ、ＲＡＭ１２ｄ、及びＩ／Ｏポート１２ｅは互いにバス１２ｆで接続されている。
【００３１】
記憶媒体（記憶手段）としてのＲＯＭ１２ａには、ＯＳ等の基本プログラムが記憶されている。
【００３２】
記憶媒体（記憶手段）としてのＨＤＤ１２ｂには、詳細を以下で説明するステアリング操作状態推定処理の処理ルーチンを実行するためのプログラムが記憶されている。
【００３３】
ＣＰＵ１２ｃは、プログラムをＲＯＭ１２ａ及びＨＤＤ１２ｂから読み出して実行する。ＲＡＭ１２ｄには、各種データが一時的に記憶される。
【００３４】
Ｉ／Ｏポート１２ｅには、６分力検出器１４、操舵角センサ１６、姿勢角センサ１８、及び加速センサ２０が接続されている。従って、ＣＰＵ１２ｃは、６分力検出器１４、操舵角センサ１６、姿勢角センサ１８、及び加速センサ２０の各々から出力される各データを取り込む（取得する）ことが可能である。
【００３５】
コンピュータ１２を以下で詳細を説明するステアリング操作状態推定処理に従って機能ブロックで表すと、図２に示すように、パラメータ導出部７０、初期応力補償部７２、重力補償部７４、遠心力補償部７６、及び慣性力補償部７８で表すことができる。パラメータ導出部７０は、初期応力補償部７２、重力補償部７４、遠心力補償部７６、及び慣性力補償部７８に接続されている。初期応力補償部７２は、重力補償部７４に接続されている。重力補償部７４は、遠心力補償部７６に接続されている。遠心力補償部７６は、慣性力補償部７８に接続されている。
【００３６】
ここで、本実施の形態のステアリング操作状態推定装置１０を搭載した車両のステアリングホイールの詳細について説明する。図３に示すように、ステアリング操作状態推定装置１０を搭載した車両のステアリングホイール２２は、ステアリングホイールリム２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄと、このステアリングホイールリム２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄのそれぞれとステアリングホイールハブ２６とを連結するステアリングアーム２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄとを含んで構成されている。
【００３７】
図３に示すように、ステアリングホイール２２のステアリングホイールリムは、ステアリングホイールリム２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄに４分割されている。図３の例ではステアリングホイールリム２４Ｂ，２４Ｄは、ステアリングホイール２２に何ら力が加えられていない場合において、ステアリングホイールリムの回転平面内でのステアリングホイールハブ２６の中心点Ｃ（回転平面と回転軸との交点）の座標を原点として、水平方向をｘ軸、この回転平面内でｘ軸に直交する方向をｙ軸とした場合の座標系における互いに直交するｘ、ｙ、ｚ軸のｘ軸方向（水平方向）に対する角度＋θ〜-θ（θは例えば２０度）の範囲のステアリングホイールリムの部分である。なお、ステアリングホイールリム２４Ｂ，２４Ｄは、ドライバによって把持される部分であり、ステアリングホイールリム２４Ｂ，２４Ｄにドライバによって６分力（力及びトルク）が加えられる。また、ステアリングホイールリム２４Ｂ，２４Ｄは、本発明のステアリングの予め定められた部分の一例である。また、この座標系では、回転軸方向をｚ軸方向とする。
【００３８】
ステアリングアーム２８Ｂの長手方向のほぼ中央部にはステアリングアーム２８Ｂにかかる力とトルク（モーメント）を検出するための検出手段としての力覚センサ３０Ｂが設けられている。また、ステアリングアーム２８Ｄの長手方向のほぼ中央部にはステアリングアーム２８Ｄに係る力とトルクを検出するための検出手段としての力覚センサ３０Ｄが設けられている。この力覚センサ３０Ｂ，３０Ｄとしては、例えば、センサ座標系における互いに直交するｘ、ｙ、ｚ軸方向の３分力及びこれらの３軸周りのトルクを検出できる公知の６分力ロードセルが用いることができる。なお、３分力及び３軸周りのトルクを同時に検出できる公知の６分力ロードセルを用いてもよい。また、下記で説明するステアリング操作状態推定処理によって、ステアリングアーム２８Ｂ及びステアリングアーム２８Ｄに作用する力及びトルク（６分力）が検出され、そして、ドライバがステアリングアーム２８Ｂ及びステアリングアーム２８Ｄに加えた力及びトルクが推定されるので、これら力覚センサ３０Ｂ及び力覚センサ３０Ｄは、ステアリングアーム２８Ｂ及びステアリングアーム２８Ｄに作用する力及びトルクを検出するための検出手段としての機能の一部を有する。
【００３９】
ここで本実施の形態のセンサ座標系について説明する。図３及び図４に示すように、力覚センサ３０Ｂのセンサ座標系については、力覚センサ３０Ｂの質量中心位置の座標を原点とし、ｘ軸方向をステアリングアーム２８Ｂの長手方向とし、ｙ軸方向をステアリングホイール２２の回転平面内でｘ軸に直交する方向とし、ｚ軸方向をこれらｘ軸及びｙ軸に直交する方向とした座標系を力覚センサ３０Ｂのセンサ座標系とする。同様に、力覚センサ３０Ｄのセンサ座標系については、力覚センサ３０Ｄの質量中心位置の座標を原点とし、ｘ軸方向をステアリングアーム２８Ｄの長手方向とし、ｙ軸方向をステアリングホイール２２の回転平面内でｘ軸に直交する方向とし、ｚ軸方向をこれらｘ軸及びｙ軸に直交する方向とした座標系を力覚センサ３０Ｄのセンサ座標系とする。ここで、本実施の形態の６分力検出器１４は、力覚センサ３０Ｂ及び力覚センサ３０Ｄを備えている。すなわち、ＣＰＵ１２ｃは、力覚センサ３０Ｂから出力される力及びトルクを示すデータを取り込むことが可能であると共に、力覚センサ３０Ｄから出力される力及びトルクを示すデータを取り込むことが可能である。図４における添字「Ｒ」は、ドライバから見て右側に位置する力覚センサ３０Ｂのセンサ座標系における各軸であることを指し、添字「Ｌ」は、ドライバから見て左側に位置する力覚センサ３０Ｄのセンサ座標系における各軸であることを指す。
【００４０】
また、図５に示すように、ステアリングホイール２２は傾斜角（チルト角）ηで車両に設置されているものとする。また、操舵角度δは右回転を正として考える。
【００４１】
６分力検出器１４は、すでに説明したように、力覚センサ３０Ｂ及び力覚センサ３０Ｄを含んで構成されており、ステアリングアーム２８Ｂにかかる力及びトルクを示すデータを出力すると共に、ステアリングアーム２８Ｄにかかる力とトルクを示すデータを出力する。
【００４２】
操舵角センサ１６は、ステアリングホイール２２の操舵角（操舵角度）δを検出するためのものであり、ステアリングホイール２２の操舵角δを検出し、検出した操舵角δを示すデータを出力する。
【００４３】
姿勢角センサ１８は、車両の姿勢角（ピッチ角ξ、ロール角φ、ヨー角γ）を検出するためのものであり、車両の姿勢角を検出し、検出した車両の姿勢角を示すデータを出力する。
【００４４】
加速センサ２０は、車両ばね上の加速度ａ（＝（ａｘ，ａｙ，ａｚ）Ｔ∈Ｒ３）を検出するためのものであり、車両ばね上の加速度ａを検出し、検出した加速度ａを示すデータを出力する。
【００４５】
次に、コンピュータ１２のＣＰＵ１２ｃが実行するステアリング操作状態推定処理の処理ルーチンについて図６を参照して説明する。なお、図７に示すように、車両座標系におけるステアリングホイール２２の中心位置ベクトルをＳ＝（ｓｘ，ｓｙ，ｓｚ）Ｔ∈Ｒ３とする。ここで、車両座標系は、車両の前後方向をＸ軸、車両の左右方向をＺ軸、車両の鉛直上向きの方向をＹ軸とし、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸が互いに直交する座標系である。水平面上に車両が停止しており、ドライバがグリップ部（ステアリングホイールリム２４Ｂ及びステアリングホイールリム２４Ｄ）に触れていない時の力覚センサ３０Ｂ，３０Ｄの出力電圧をＶ０∈Ｒ６、車両走行時の力覚センサ３０Ｂ，３０Ｄの出力電圧をＶ∈Ｒ６、静的荷重検定により得られる較正行列をＣ∈Ｒ６×６とすると、車両が停止状態で計測（推測）される６分力Ｆmeasured0∈Ｒ６は以下の式（１）に示すようになり、車両が走行状態で計測される６分力Ｆmeasured∈Ｒ６は以下の式（２）に示すようになる。
【００４６】
【数１】
0005444958.tif 000002
【００４７】
【数２】
0005444958.tif 000003
【００４８】
以後の説明はこれらの６分力データに対して慣性補償を行う。なお、以下の説明では、右側に取り付けた力覚センサ３０Ｂについてのみ述べるが、左側に取り付けた力覚センサ３０Ｄが中心点Ｃを対称の中心として力覚センサ３０Ｂに対して点対称である場合には、力覚センサ３０Ｄは操舵角度δを操舵角度（δ＋π）と置き換えることで同様に補償できる。
【００４９】
また、本実施の形態において、ステアリング操作状態推定処理は、ステアリング操作状態推定装置１０の電源（図示せず）がオンされると、所定時間間隔（例えば、１秒間隔）で実行される。
【００５０】
まず、ステップ１００で、力覚センサ３０Ｂから出力されたデータを取り込み、取り込んだデータが示す力及びトルクを演算することにより、当該力及びトルクを検出する。
【００５１】
次のステップ１０２では、操舵角センサ１６から出力されたデータを取り込み、取り込んだデータが示す操舵角度δを演算することにより、当該操舵角度δを検出する。なお、ステップ１０２では時系列で複数個の操舵角度δを検出するようにしてもよい。
【００５２】
次のステップ１０４では、姿勢角センサ１８から出力されたデータを取り込み、取り込んだデータが示す車両の姿勢角（ピッチ角ξ、ロール角φ、ヨー角γ）を演算することにより、当該姿勢角を検出する。なお、ステップ１０４では、時系列で複数個の姿勢角を検出するようにしてもよい。
【００５３】
次のステップ１０６では、加速センサ２０から出力されたデータを取り込み、取り込んだデータが示す車両ばね上の加速度ａを演算することにより、車両ばね上の加速度ａを車両の加速度として検出する。
【００５４】
次のステップ１０８では、上記ステップ１０４で検出された姿勢角を時間微分することにより車両の角速度（姿勢角速度）ω（＝（ωｘ，ωｙ，ωｚ）Ｔ∈Ｒ３）を演算する。なお、ステップ１０８では時系列で複数個の姿勢角速度を演算するようにしてもよい。
【００５５】
次のステップ１１０では、上記ステップ１０８で演算された車両の角速度を時間微分することにより車両の角加速度（姿勢角加速度）ω´（＝（ω´ｘ，ω´ｙ，ω´ｚ）Ｔ∈Ｒ３）を演算する。
【００５６】
次のステップ１１２では、上記ステップ１０２で検出された操舵角δを時間微分することにより操舵角速度δ´を演算する。なお、ステップ１１２では時系列で複数個の操舵角速度δ´を演算するようにしてもよい。
【００５７】
次のステップ１１４では、上記ステップ１１２で演算された操舵角速度δ´を時間微分することにより操舵角加速度δ´´を演算する。
【００５８】
次のステップ１１６では、初期応力補償を行うための処理を実行する。この初期応力補償を行うための処理の詳細について説明する。一般的に静的荷重検定の際に、力覚センサ部は専用治具に取り付けられているが、実使用時にはステアリングホイール２２のスポーク部（例えば、本実施の形態では、ステアリングアーム２８Ｂ）にねじ止めされた状態となる。このため初期応力状態が静的荷重検定時と実使用時とで異なる。この違いを補償するために以下に示す初期応力補償を行う。
【００５９】
ステアリング６分力計グリップ部（ステアリングホイールリム２４Ｂ）の有効質量をｍ、センサ座標系におけるグリップ部質量中心位置ベクトルをＳｃ＝（ｃｘ，ｃｙ，ｃｚ）Ｔ∈Ｒ３とし、傾斜角η、操舵角δ０で車両に取り付けられている場合について説明すると、ξ０，φ０をそれぞれ水平面に対する車両ばね上ピッチ角、ロール角とすると、センサ座標系原点に作用する６分力Ｆ０＝（Ｆ０ｘ，Ｆ０ｙ，Ｆ０ｚ，τ０ｘ，τ０ｙ，τ０ｚ）Ｔ∈Ｒ６は、以下の式（３）、式（４）、式（５）、式（６）、式（７）、式（８）から得られる。
【００６０】
【数３】
0005444958.tif 000004
【００６１】
【数４】
0005444958.tif 000005
【００６２】
【数５】
0005444958.tif 000006
【００６３】
【数６】
0005444958.tif 000007
【００６４】
【数７】
0005444958.tif 000008
【００６５】
【数８】
0005444958.tif 000009
【００６６】
したがって、初期応力補償後の６分力Ｆｉ´∈Ｒ６は、以下の式（９）で表すことができる。
【００６７】
【数９】
0005444958.tif 000010
【００６８】
ただし、上記式（９）におけるε０は、以下の式（１０）により得られる。
【００６９】
【数１０】
0005444958.tif 000011
【００７０】
なお、εｉ∈Ｒ６は初期応力補償項である。以上、ステップ１１６での処理について説明した。
【００７１】
次のステップ１１８では、重力補償を行うための処理を実行する。この重力補償を行うための処理の詳細について説明する。操舵角度δ、車両ばね上姿勢（車両の姿勢）の変化にともない、センサ座標系原点に作用する重力の向きも変動する。したがって重力加速度ｇによりセンサ座標系原点に作用する６分力をＦｇ＝（Ｆｇｘ，Ｆｇｙ，Ｆｇｚ，τｇｘ，τｇｙ，τｇｚ）Ｔ∈Ｒ６とすると、重力補償は以下の式（１１）、式（１２）、式（１３）により行うことができる。
【００７２】
【数１１】
0005444958.tif 000012
【００７３】
【数１２】
0005444958.tif 000013
【００７４】
【数１３】
0005444958.tif 000014
【００７５】
ただし、Ｆｇ´∈Ｒ６は、補償後の６分力である。
【００７６】
以上の処理によって、上記ステップ１００で検出された力及びトルク、上記ステップ１０４で検出された姿勢角、上記ステップ１０２で検出された操舵角δ、力覚センサ３０Ｂの起歪部を含むグリップ部の質量（力覚センサ３０Ｂの質量に、ステアリングホイールリム２４Ｂとの間のステアリングアーム２８Ｂの質量を加えた質量）ｍ、及びステアリングホイール２２の傾斜角ηに基づいて、補償後の６分力Ｆｇ´が推定される。
【００７７】
次のステップ１２０では、遠心力補償を行うための処理を実行する。この遠心力補償を行うための処理の詳細について説明する。操舵角速度δ´、及び車両の角速度ωによりセンサ座標系原点に発生する遠心力をＦｈ＝（Ｆｈｘ，Ｆｈｙ，Ｆｈｚ，τｈｘ，τｈｙ，τｈｚ）Ｔ∈Ｒ６とすると、遠心力補償は以下の式（１４）、式（１５）、式（１６）、式（１７）により行うことができる。
【００７８】
【数１４】
0005444958.tif 000015
【００７９】
【数１５】
0005444958.tif 000016
【００８０】
【数１６】
0005444958.tif 000017
【００８１】
【数１７】
0005444958.tif 000018
【００８２】
ただし、Ｆｈ´∈Ｒ６は、補償後の６分力であり、また、ｒはステアリングホイール２２の半径である。また、式（１５）の第１項は操舵角速度による遠心力、第２項は車両の回転運動による遠心力である。また、式（１６）のＳｒ（＝（ｓｒｘ，ｓｒｙ，ｓｒｚ）Ｔ∈Ｒ３）は車両座標系におけるセンサ質量中心位置ベクトルである。
【００８３】
以上の処理によって、上記ステップ１００で検出された力及びトルク、上記ステップ１０４で検出された姿勢角、上記ステップ１０８で姿勢角から得られた角速度ω、上記ステップ１０２で検出された操舵角δ、上記ステップ１１２で操舵角δから得られた操舵角速度δ´、グリップ部の質量ｍ、及びステアリングホイール２２の傾斜角ηに基づいて、補償後の６分力Ｆｈ´が推定される。ここで、この補償後の６分力Ｆｈ´は、ドライバがステアリングホイール２２の予め定められた部分であるステアリングホイールリム２４Ｂに加え、かつステアリングホイールリム２４Ｂに発生した遠心力が除去された６分力（力及びトルク）である。
【００８４】
次のステップ１２２では、慣性力補償を行うための処理を実行する。この慣性力補償を行うための処理の詳細について説明する。操舵角加速度δ´´、車両ばね上加速度ａ、及び車両の角加速度ω´によりセンサ座標系原点に発生する慣性力をＦａ＝（Ｆａｘ，Ｆａｙ，Ｆａｚ，τａｘ，τａｙ，τａｚ）Ｔ∈Ｒ６とすると、慣性力補償は以下の式（１８）、式（１９）、式（２０）、式（２１）、式（２２）により行うことができる。
【００８５】
【数１８】
0005444958.tif 000019
【００８６】
【数１９】
0005444958.tif 000020
【００８７】
【数２０】
0005444958.tif 000021
【００８８】
【数２１】
0005444958.tif 000022
【００８９】
【数２２】
0005444958.tif 000023
【００９０】
ただし、Ｆａ´∈Ｒ６は、補償後の６分力である。また、式（１９）のＦａｓ∈Ｒ３は操舵角加速度δ´´による慣性力、Ｆａｖ∈Ｒ３は車両加速度による慣性力である。
【００９１】
以上、説明した全ての慣性補償を考慮すると、ドライバがステアリングホイール２２のステアリングホイールリム２４Ｂに加える６分力Ｆ´∈Ｒ６は、以下の式（２３）で表される。
【００９２】
【数２３】
0005444958.tif 000024
以上の処理によって、上記ステップ１００で検出された力及びトルク、上記ステップ１０４で検出された姿勢角、上記ステップ１０８で姿勢角から得られた角速度ω、上記ステップ１１０で角速度ωから得られた角加速度ω´、上記ステップ１０２で検出された操舵角δ、上記ステップ１１２で操舵角δから得られた操舵角速度δ´、上記ステップ１１４で操舵角速度δ´から得られた操舵角加速度δ´´、上記ステップ１０６で検出された車両の加速度ａ、グリップ部の質量ｍ、及びステアリングホイール２２の傾斜角ηに基づいて、ドライバがステアリングホイールリム２４Ｂに加えた力及びトルクとして補償後の６分力Ｆ´が推定される。ここで、この補償後の６分力Ｆ´は、ドライバがステアリングホイール２２の予め定められた部分であるステアリングホイールリム２４Ｂに加え、かつステアリングホイールリム２４Ｂに発生した遠心力及び慣性力が除去された６分力（力及びトルク）である。そして、本ステアリング操作状態推定処理を終了する。
【００９３】
なお、ステップ１００、１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４はパラメータ導出部７０によって実行され、ステップ１１６は初期応力補償部７２によって実行され、ステップ１１８は重力補償部７４によって実行され、ステップ１２０は遠心力補償部７６によって実行され、そして、ステップ１２２は慣性力補償部７８によって実行される。
【００９４】
以上のようにして行われた補償の効果を確認するため、図８に示すように、ステアリングホイール２２の傾斜角ηを０．５４８（ｒａｄ）として、実験ベンチに設置したステアリング操作状態推定装置１０に対して、センサ部以外を把持し（すなわち、ステアリングホイールリム２４Ｂ及びステアリングホイールリム２４Ｄ以外の部分、例えば、ステアリングホイールリム２４Ａ及びステアリングホイールリム２４Ｃを把持し）、約０．５Ｈｚでステアリングホイール２２を左右に回転させた際の力覚センサ３０Ｂ（または３０Ｄ）の出力（すなわち検出された６分力）及び操舵角度δを、サンプリング周波数１００Ｈｚで計測し、上記のように補償を行った。センサ部には触れていないため、補償が理想的に行われば６分力が全て０になるはずである。
【００９５】
図９に右手用センサ（本実施の形態では、力覚センサ３０Ｂ）について、上記の初期応力補償のみを行った場合と、上記の全ての補償を行った場合との比較結果を示す。初期応力補償のみを行った場合と比較して、全ての補償を行うことで出力がより０に近づいていることが分かる。なお、初期応力補償のみを行った場合の結果が波線で示され、全ての補償を行った場合の結果が実線で示されている。
【００９６】
更に、図１０に実車両でバンク角のついた路面に一定車速で進入する際の車両運動を、図１１にそのときに本実施の形態のステアリング操作状態推定装置１０によって推定されたドライバの左手のステアリング操作力Ｆ´を示す。比較のために、車両運動を考慮しなかった場合のステアリング操作力を波線で示した。同図中ＦＺＬに約１．０Ｎほどの差が生じていることが分かる。このことから、ばね上姿勢変化や前後加速度が大きく変化する際には、車両運動を考慮した上記のような補償が必要なことが分かる。
【００９７】
以上、本実施の形態のステアリング操作状態推定装置１０について説明した。本実施の形態のステアリング操作状態推定装置１０によれば、ドライバが予め定められた部分に加えた力及びトルクを推定する際に車両の姿勢角が考慮され、かつ当該予め定められた部分に発生した遠心力及び慣性力を除去してドライバが予め定められた部分に加えた６分力（力及びトルク）Ｆ´を推定しているので、従来技術のように車両の姿勢角、遠心力、及び慣性力を考慮せずに検出された力及びトルクと比較して、より精度が良好なドライバが予め定められた部分に加えた力とトルクを推定することができる。
【００９８】
なお、ステップ１２２の処理を省略し、ステップ１２０で推定された補償後の６分力Ｆｈ´を、ドライバが予め定められた部分に加えた６分力（力及びトルク）として推定するようにしてもよい。この場合には、ドライバが予め定められた部分に加えた力及びトルクを推定する際に車両の姿勢角が考慮され、かつ当該予め定められた部分に発生した遠心力を除去してドライバが予め定められた部分に加えた力及びトルクを推定しているので、従来技術のように車両の姿勢角及び遠心力を考慮せずに検出された力及びトルクと比較して、より精度が良好なドライバが予め定められた部分に加えた力とトルクを推定することができる。この場合のコンピュータ１２を機能ブロックで表すと、図１２に示すように、パラメータ導出部７０、初期応力補償部７２、重力補償部７４、及び遠心力補償部７６で表すことができる。
【００９９】
また、ステップ１２０、１２２の処理を省略し、ステップ１１８で推定された補償後の６分力Ｆｇ´を、ドライバが予め定められた部分に加えた６分力（力及びトルク）として推定するようにしてもよい。この場合には、ドライバがステアリングホイールの予め定められた部分に加えた力及びトルクを推定する際に車両の姿勢角が考慮されているので、従来技術のように車両の姿勢角を考慮せずに検出された力及びトルクと比較して、より精度が良好なドライバが予め定められた部分に加えた力とトルクを推定することができる。この場合のコンピュータ１２を機能ブロックで表すと、図１３に示すように、パラメータ導出部７０、初期応力補償部７２、及び重力補償部７４で表すことができる。
【０１００】
また、ステップ１２０で遠心力補償を行わずに（ステップ１２０の処理を省略して）、ステップ１２２で慣性力補償を行うようにしてもよい。この場合には、ドライバが予め定められた部分に加えた力及びトルクを推定する際に車両の姿勢角が考慮され、かつ当該予め定められた部分に発生した慣性力を除去してドライバが予め定められた部分に加えた力及びトルクを推定しているので、従来技術のように車両の姿勢角及び慣性力を考慮せずに検出された力及びトルクと比較して、より精度が良好なドライバが予め定められた部分に加えた力とトルクを推定することができる。この場合のコンピュータ１２を機能ブロックで表すと、図１４に示すように、パラメータ導出部７０、初期応力補償部７２、重力補償部７４、及び慣性力補償部７８で表すことができる。
【０１０１】
また、上記では、加速度ａを加速センサ２０を用いて検出する例について説明したが、車速センサを用いて車両の速度を検出し、車両の速度を時間微分することにより加速度ａを演算するようにしてもよい。
【０１０２】
また、上記では各センサを用いて補償に必要な物理量を検出する例について説明したが、上記で説明した全てのセンサを用いなくとも、所定の運動方程式を解くなどして補償に必要な物理量を演算するようにしてもよい。
【０１０３】
また、上記ではステアリングホイール２２のステアリングアーム（スポーク部）２８Ｂ及びステアリングアーム２８Ｄのそれぞれに力覚センサ３０Ｂ、３０Ｄを配置した例について説明したが、力覚センサ３０Ｂ、３０Ｄはスポーク部に配置しなくともよい。例えば、力覚センサ３０Ｂをステアリングホイールリム２４Ｂに配置し、力覚センサ３０Ｄをステアリングホイールリム２４Ｄに配置してもよい。
【０１０４】
また、ステアリングアーム２８Ｂ及びステアリングアーム２８Ｄが、それぞれ、いわゆる３時、９時の位置に配置された例について説明したが、本発明はこれに限られず、どのような位置であってもよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１０      ステアリング操作状態推定装置
１２      コンピュータ
１２ｂ    ＨＤＤ
１２ｃ    ＣＰＵ
１４      ６分力検出器
１６      操舵角センサ
１８      姿勢角センサ
２０      加速センサ
【図１】
0005444958.tif 000025
【図２】
0005444958.tif 000026
【図３】
0005444958.tif 000027
【図４】
0005444958.tif 000028
【図５】
0005444958.tif 000029
【図６】
0005444958.tif 000030
【図７】
0005444958.tif 000031
【図８】
0005444958.tif 000032
【図９】
0005444958.tif 000033
【図１０】
0005444958.tif 000034
【図１１】
0005444958.tif 000035
【図１２】
0005444958.tif 000036
【図１３】
0005444958.tif 000037
【図１４】
0005444958.tif 000038