(57)【要約】【課題】ドライバに違和感のない操舵反力を与える。【解決手段】すえ切り操舵トルク演算部２１は、操舵角に基づいて、すえ切り操舵トルクを演算する。走行操舵トルク演算部２２は、操舵角及び車両速度に基づいて走行操舵トルクを演算する。粘性トルク演算部２３は、操舵角速度に基づいて粘性トルクを演算する。  トルク合成部２４は、車両モデル演算部で演算された車両速度、この車両速度の積分値である車両走行距離を用いて、すえ切り操舵トルク、走行操舵トルクにそれぞれ重み付けを行い、重み付けされたすえ切り操舵トルク、重み付けされた走行操舵トルク、粘性トルク演算部２３で演算された粘性トルクを合成することによって、操舵反力トルクを演算する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵角を検出する操舵角検出手段と、
車両速度を演算する車両速度演算手段と、
前記操舵角検出手段により検出された操舵角に基づいて、ステアリングに生じるすえ切り操舵トルクを演算するすえ切り操舵トルク演算手段と、
前記操舵角検出手段により検出された操舵角と、前記車両速度演算手段により演算された車両速度と、に基づいて、車両走行時の前記ステアリングに生じる走行操舵トルクを演算する走行操舵トルク演算手段と、
前記操舵角検出手段により検出された操舵角の角速度に基づいて、前記ステアリングに生じる粘性トルクを演算する粘性トルク演算手段と、
車両走行距離を用いて前記すえ切り操舵トルク及び前記走行操舵トルクにそれぞれ重み付けを行って、重み付けされたすえ切り操舵トルク、重み付けされた走行操舵トルク、及び前記粘性トルクを合成することにより操舵反力トルクを演算するトルク合成手段と、
前記トルク合成手段により演算された操舵反力トルクに基づいて前記ステアリングの操舵反力を制御する操舵反力制御手段と、
を備えた操舵反力制御装置。
【請求項２】
前記トルク合成手段は、走行距離が長くなるに従って、前記すえ切り操舵トルクの重みを小さく、前記走行操舵トルクの重みを大きくする
請求項１に記載の操舵反力制御装置。
【請求項３】
前記トルク合成手段は、車両速度を更に用いて前記すえ切り操舵トルク及び前記走行操舵トルクにそれぞれ重み付けを行う
請求項１または請求項２に記載の操舵反力制御装置。
【請求項４】
前記トルク合成手段は、車両の走行路面の摩擦係数が小さくなるに従って、前記すえ切り操舵トルク及び前記すえ切り操舵トルクの重みをそれぞれ小さくする
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の操舵反力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操舵反力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の走行状況を実験室内で模擬するドライビングシミュレータや、操舵輪とステアリングホイールとが直結されていない車両において、ドライバがステアリングホイールを操舵するときに受ける操舵反力を付与する操舵反力制御装置が開示されている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の操舵反力制御装置は、アクセル、ブレーキ、操舵の各信号を用いて、前輪に関するセルフアライニングトルクを演算し、前輪に関するセルフアライニングトルク及びキャスター効果による操舵反力を求める。そして、操舵反力制御装置は、この操舵反力を前輪のスリップ角の関数（同文献の図４）により重み付けを行い、更に車速の関数（同文献の図５）を用いて重み付けを行って、実車のパワーステアリング機構の装備された模擬操舵反力を発生する。
【０００４】
よって、上記操舵反力制御装置は、車速に応じて操舵反力のヒステリシスカーブを変化させることで、パワーステアリングの車速感応を模擬し、実車に近い反力を生成する。
【特許文献１】特開平５−２３８４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の操舵反力制御装置は、車速に応じて操舵反力のヒステリシスカーブを変化させているが、ドライバがハンドルを切った状態で車両が発進すると、操舵反力が大きくなり、操舵フィーリングが悪くなる問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、ドライバに違和感のない操舵反力を与えることができる操舵反力制御装置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】
【０００７】
本発明に係る操舵反力制御装置は、操舵角を検出する操舵角検出手段と、車両速度を演算する車両速度演算手段と、前記操舵角検出手段により検出された操舵角に基づいて、ステアリングに生じるすえ切り操舵トルクを演算するすえ切り操舵トルク演算手段と、前記操舵角検出手段により検出された操舵角と、前記車両速度演算手段により演算された車両速度と、に基づいて、車両走行時の前記ステアリングに生じる走行操舵トルクを演算する走行操舵トルク演算手段と、前記操舵角検出手段により検出された操舵角の角速度に基づいて、前記ステアリングに生じる粘性トルクを演算する粘性トルク演算手段と、車両走行距離を用いて前記すえ切り操舵トルク及び前記走行操舵トルクにそれぞれ重み付けを行って、重み付けされたすえ切り操舵トルク、重み付けされた走行操舵トルク、及び前記粘性トルクを合成することにより操舵反力トルクを演算するトルク合成手段と、前記トルク合成手段により演算された操舵反力トルクに基づいて前記ステアリングの操舵反力を制御する操舵反力制御手段と、を備えている。
【０００８】
すえ切り操舵トルク演算手段は、操舵角に基づき、すえ切り時にステアリングに生じるすえ切り操舵トルクを演算する。走行操舵トルク演算手段は、車両走行時のステアリングに生じる走行操舵トルクを演算する。粘性トルク演算手段は、ステアリングに生じる粘性トルクを演算する。なお、第１及び走行操舵トルク、粘性トルクの演算方法は、特に限定されるものではなく、例えばマップを用いて演算してもよい。
【０００９】
トルク合成手段は、車両走行距離を用いて第１及び走行操舵トルクにそれぞれ重み付けを行って、重み付けされたすえ切り操舵トルク、重み付けされた走行操舵トルク、及び粘性トルクを合成することにより操舵反力トルクを演算する。よって、車両走行距離に応じて、すえ切り操舵トルク、走行操舵トルクの重み付けがそれぞれ変化して、操舵反力トルクが演算される。
【００１０】
なお、車両走行距離とは、本発明が模擬運転装置に適用された場合は模擬車両の停止状態からの走行距離をいい、本発明がステアバイワイヤに適用された場合は実際の車両の停止状態からの走行距離をいう。そして、操舵反力制御手段は、演算された操舵反力トルクに基づいてステアリングの操舵反力を制御する。この走行距離は、車両が停止しているときはゼロになる。
【００１１】
したがって、上記操舵反力制御装置は、車両走行距離を用いて重み付けされたすえ切り操舵トルク、走行操舵トルク、及び粘性トルクを合成することによって操舵反力トルクを演算し、演算された操舵反力トルクに基づいてステアリングの操舵反力を制御することにより、ドライバに違和感のない操舵反力を与えることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る操舵反力制御装置は、ドライバに違和感のない操舵反力を与えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る模擬運転装置の構成を示す図である。模擬運転装置は、操舵角を検出すると共にステアリングに与える操舵反力を発生する操舵反力発生部１１と、車両モデルとして車両速度を演算する車両モデル演算部１２と、操舵反力トルクを演算する操舵反力演算部１３と、操舵反力トルクに基づいてモータ電流を制御するモータ制御部１４と、を備えている。
【００１５】
操舵反力発生部１１は、ステアリングに操舵反力を与えるサーボモータと、このサーボモータの回転角、すなわちステアリングの操舵角を検出して、操舵角に応じたパルスを発生するパルス発生器と、を備えている。このパルスは、操舵角信号として車両モデル演算部１２及び操舵反力演算部１３に供給される。
【００１６】
車両モデル演算部１２は、アクセルペダル及びブレーキペダルの踏み込み量、操舵反力発生部１１で検出された操舵角に基づいて、模擬車両の運転状態の１つとして車両速度を演算する。
【００１７】
操舵反力演算部１３は、車両モデル演算部１２により演算された車両速度、操舵反力発生部１１で検出された操舵角、及びこの操舵角の角速度である操舵角速度に基づいて、操舵反力トルクを演算する。なお、操舵反力演算部１３の機能的な構成については後述する。
【００１８】
モータ制御部１４は、操舵反力演算部１３で演算された操舵反力トルクに基づいて、操舵反力発生部１１に含まれるサーボモータのモータ電流を制御する。これにより、操舵反力発生部１１は、操舵反力演算部１３で演算された操舵反力トルクをステアリングに与える。
【００１９】
図２は、操舵反力演算部１３の機能的な構成を示すブロック図である。操舵反力演算部１３は、すえ切り時の操舵トルクであるすえ切り操舵トルクを演算するすえ切り操舵トルク演算部２１と、走行時の操舵トルクである走行操舵トルクを演算する走行操舵トルク演算部２２と、ステアリングの粘性抵抗である粘性トルクを演算する粘性トルク演算部２３と、各トルクを合成して操舵反力トルクを演算するトルク合成部２４と、を備えている。
【００２０】
すえ切り操舵トルク演算部２１は、すえ切り操舵トルクマップ及び操舵反力発生部１１から供給される操舵角を用いて、すえ切り時、すなわち車両速度がゼロでステアリングを操作した時のすえ切り操舵トルクを演算する。
【００２１】
図３は、すえ切り時の操舵角に対するすえ切り操舵トルクの関係を表したすえ切り操舵トルクマップを示す図である。図３によると、操舵角によらず、すえ切り操舵トルクの絶対値はほぼ一定の大きさになる。よって、すえ切り時のステアリングの手ごたえは重く、ドライバがステアリングを回した後、手を離しても直進状態に戻らない。
【００２２】
走行操舵トルク演算部２２は、走行操舵トルクマップ、車両モデル演算部１２から供給される車両速度、操舵反力発生部１１から供給される操舵角を用いて、車両走行時のステアリングに生じる走行操舵トルクを演算する。
【００２３】
図４は、走行中の操舵角に対する走行操舵トルクの関係を表した走行操舵トルクマップを示す図である。図４によると、操舵角が大きくなると、走行操舵トルクも大きくなる。さらに、低速から高速になるに従って、走行操舵トルクが大きくなり、ステアリングの手ごたえが重くなる。また、ドライバがステアリングを回して手を離すと、ステアリングはほぼ車両直進時の位置に戻る。
【００２４】
粘性トルク演算部２３は、粘性トルクマップ、操舵反力発生部１１から供給される操舵角の角速度である操舵角速度を用いて、ステアリングの操舵角速度に応じた反力である粘性トルクを演算する。
【００２５】
図５は、操舵角速度に対する粘性トルクの関係を表した粘性トルクマップを示す図である。図５によると、操舵角速度が大きくなるに従って、粘性トルクも増大する。
【００２６】
トルク合成部２４は、車両モデル演算部１２で演算された車両速度、この車両速度の積分値である車両走行距離を用いて、すえ切り操舵トルク演算部２１で演算されたすえ切り操舵トルク、走行操舵トルク演算部２２で演算された走行操舵トルクにそれぞれ重み付けを行う。さらに、トルク合成部２４は、重み付けされたすえ切り操舵トルク、重み付けされた走行操舵トルク、粘性トルク演算部２３で演算された粘性トルクを合成することによって、操舵反力トルクを演算する。
【００２７】
ここで、図３及び図４に示すように、すえ切り時及び低速走行時では、同一の操舵角であっても、トルクの値が大きく異なっている。よって、ステアリングを回した状態で車両が発進し、仮に速度のみに依存して図３のトルクから図４のトルクに切り替えると、トルクが急変し、ステアリングに衝撃が発生したり、ステアリングが急に戻ったりする等の問題が生じる。
【００２８】
そこで、トルク合成部２４は、次の式（１）に従って、すえ切り操舵トルクと走行操舵トルクにそれぞれ重み付けを行って、各トルクを合成することで操舵反力トルクを演算する。
【００２９】
Ｔ＝（１−ＷＳ）fＭＳ（θ）＋ＷＳｆＭＶ（ｖ，θ）＋ｆＤ（ω）         ・・・（１）
なお、式（１）において、
Ｔ    ：操舵反力トルク
fＭＳ ：すえ切り操舵トルク
fＭＶ ：走行操舵トルク
fＤ   ：粘性トルク
θ    ：操舵角
ｖ    ：車両速度
ω    ：操舵角速度
である。
【００３０】
また、ＷＳ及び（１−ＷＳ）は重み係数であり、ＷＳは次の式（２）を満たす。
【００３１】
ＷＳ＝ｆｖ（ｖ）ｆｘ（ｘ）                                     ・・・（２）
式（２）において、
ｆｖ  ：車両速度をパラメータとした切り替え関数（図６）
ｆｘ  ：走行距離をパラメータとした切り替え関数（図７）
ｘ    ：発進からの走行距離
である。
【００３２】
図６は、切り替え関数ｆｖ（ｖ）を示す図である。図７は、切り替え関数ｆｘ（ｘ）を示す図である。切り替え関数ｆｖ（ｖ）は、ゼロから１までの値に変化する増加関数であり、車両速度ｖがゼロのときにゼロであり、車両速度ｖが増加するに従って増加する。切り替え関数ｆｘ（ｘ）は、ゼロから１までの値に変化する増加関数であり、車両走行距離ｘがゼロのときにゼロであり、車両走行距離ｘが増加するに従って増加する。
【００３３】
したがって、ステアリングを切った状態で車両が急発進した場合、車両速度に応じて切り替え関数ｆｖ（ｖ）が急激に増加するが、走行距離が短いので、切り替え関数ｆｘ（ｘ）があまり増加していない。よって、ＷＳは急激に増加することなく、緩やかに増加する。そして、走行距離が長くに従って、ＷＳは大きな値になり、最終的に１になる。
【００３４】
よって、トルク合成部２４は、車両が走行を開始した場合、すえ切り操舵トルクの重みが緩やかに小さくなり走行操舵トルクの重みが緩やかに大きくなるような操舵反力トルクを演算する。
【００３５】
モータ制御部１４は、上述のように演算された操舵反力トルクに基づいて、操舵反力発生部１１に含まれるサーボモータのモータ電流を制御する。操舵反力発生部１１は、制御されたモータ電流に基づいて操舵反力トルクをステアリングに与える。
【００３６】
以上のように、本発明の実施の形態に係る模擬運転装置は、車両速度及び走行距離が増大するに従って、すえ切り操舵トルクの重みより走行操舵トルクの重みの方が大きくなるような操舵反力を演算し、その操舵反力をステアリングに与える。これにより、上記模擬運転装置は、車両が発進して車両速度及び走行距離が増大する場合にも、ドライバに違和感のない操舵反力を与えることができる。
【００３７】
また、運転模擬装置は、ステアリングを切った状態で車両が急発進した場合であっても、すえ切り操舵トルク及び走行操舵トルクの重みの急激な変化を抑制できるので、操舵反力トルクの急激な変化を防止することができ、実際の車両を運転しているかのような操舵フィーリングをドライバに与えることができる。
【００３８】
なお、上記模擬運転装置は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、低μ路、高μ路等の路面状況に応じた操舵フィーリングをドライバに与えることも可能である。
【００３９】
図８は、路面状況毎のすえ切り時の操舵角に対するすえ切り操舵トルクの関係を表したすえ切り操舵トルクマップを示す図である。実線は、車両が舗装路などの高μ路を走行している場合を示す。点線は、車両が砂利道などの低μ路を走行している場合を示す。
【００４０】
低μ路では、路面とタイヤとの摩擦が小さくなるため、操舵反力トルクが小さくなる。そこで、すえ切り操舵トルク演算部２１は、車両が高μ路を走行している場合は実線の関係を用いてすえ切り操舵トルクを演算し、車両が低μ路を走行している場合は点線の関係を用いてすえ切り操舵トルクを演算すればよい。これにより、路面状況に応じたすえ切り操舵トルクが求められる。
【００４１】
図９は、路面状況毎の切り替え関数ｆｖ（ｖ）を示す図である。図１０は、路面状況毎の切り替え関数ｆｘ（ｘ）を示す図である。低μ路では、路面がタイヤへ及ぼす影響が小さくなる。このため、低μ路の場合は、高μ路に比べてｆｖ（ｖ）及びｆｘ（ｘ）はそれぞれ小さな値になる。
【００４２】
そこで、トルク合成部２４は、車両が高μ路を走行している場合は実線のｆｖ（ｖ）及びｆｘ（ｘ）を用いてＷＳを演算し、車両が低μ路を走行している場合は点線のｆｖ（ｖ）及びｆｘ（ｘ）を用いてＷＳを演算すればよい。
【００４３】
以上のように、上記運転模擬装置は、路面状況に応じたすえ切り操舵トルクマップやｆｖ（ｖ）及びｆｘ（ｘ）を用いることによって、路面状況毎の操舵フィーリングをドライバに与えることができる。
【００４４】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で設計上の変更をされたものにも適用可能であるのは勿論である。
【００４５】
例えば、上述した実施の形態では、模擬運転装置を例に挙げて説明したが、本発明は、例えば、ステアリングと操舵前車輪が機構的に分離したステアバイワイヤにも適用可能である。
【００４６】
また、上述した実施の形態ではステアリングに生じるトルクはマップを用いて演算されていたが、トルクの演算方法は特に限定されるものではなく、例えば、トルクは所定の関数を用いて演算されたものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態に係る模擬運転装置の構成を示す図である。
【図２】操舵反力演算部の機能的な構成を示すブロック図である。
【図３】すえ切り時の操舵角に対するすえ切り操舵トルクの関係を表したすえ切り操舵トルクマップを示す図である。
【図４】走行中の操舵角に対する走行操舵トルクの関係を表した走行操舵トルクマップを示す図である。
【図５】操舵角速度に対する粘性トルクの関係を表した粘性トルクマップを示す図である。
【図６】切り替え関数ｆｖ（ｖ）を示す図である。
【図７】切り替え関数ｆｘ（ｘ）を示す図である。
【図８】路面状況毎のすえ切り時の操舵角に対するすえ切り操舵トルクの関係を表したすえ切り操舵トルクマップを示す図である。
【図９】路面状況毎の切り替え関数ｆｖ（ｖ）を示す図である。
【図１０】路面状況毎の切り替え関数ｆｘ（ｘ）を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１１  操舵反力発生部
１２  車両モデル演算部
１３  操舵反力演算部
１４  モータ制御部
２１  すえ切り操舵トルク演算部
２２  走行操舵トルク演算部
２３  粘性トルク演算部
２４  トルク合成部
【図１】
2008273439.tif 000003
【図２】
2008273439.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008273439.tif 000008
【図７】
2008273439.tif 000009
【図８】
2008273439.tif 000010
【図９】
2008273439.tif 000011
【図１０】
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