JP2007253640A - 操舵装置および操舵制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリング操作を行う運転者の手の角度や位置を検出して、ステアリング操作時に、運転者の手にかかる負荷を軽減する操舵装置および操舵制御方法を提供する。
【解決手段】運転者が、ステアリングホイルを把持する手の位置をカメラ３１により検出し、反力補正部３５が、カメラ３１により検出した、ステアリングホイルを把持する運転者の手の位置に応じて、ステアリングホイルの操舵反力を補正して、ステアリング操作時に、運転者の手にかかる負荷を軽減させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステアリングホイルの把持状態を検出して操舵反力に補正を加える操舵装置および操舵制御方法に関する。

従来より、車両の転舵輪を転舵する運転操作装置として、ステアリングホイルを用いたステアリングシステムが知られている。また、近年、ステアリングホイルに結合した操舵軸と転舵輪を転舵させる転舵機構とが機械的に分離され、ステアリング装置に設けられたステアリングモータを操舵装置から電気的に制御するいわゆるステアバイワイヤ方式も知られている。

しかし、従来のステアバイワイヤ方式の運転操作装置では、車両の速度に関わらず、同じように操作反力を発生させているため、高速時に操作部に受ける操作反力は、従来の一般的なステアリングホイルよりも小さく、ステアリング操作（操作部の操作）が安定し難かった。

一方、車両の安定性を高めるため、高速時に適当な操作反力になるように設定すると、低速時に操作部が重くなりすぎ、操作部の操作が軽快でなくなるという問題があった。こうした問題に対して、車速が低いときには操作部にかかる操作反力が小さく、車速が高い時には、操作部にかかる反力が大きくなる運転操作装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−３４９２８号公報

ところで、一般に、ステアリング操作を行う場合、転舵を行うにつれて運転者の手の角度や位置が変化するために、運転者からみるとステアリングの操作に用いる力が変化する。しかしながら、従来のステアリングシステムにおいては、操舵力が運転者の手の角度や位置とは無関係に、一定の値として設定されていたために、運転者の手の角度や位置が変化するにつれて、運転者の手にかかる負荷が大きくなるという問題があった。

そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、ステアリング操作を行う運転者の手の角度や位置を検出して、運転者の手にかかる負荷を軽減する操舵装置および操舵制御方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の事項を提案している。
（１）本発明は、運転者がステアリングホイルを把持する手の位置を検出する検出手段（例えば、図２のカメラ３１に相当）と、該検出した手の位置に応じて、操舵反力を補正する補正手段（例えば、図２の反力補正部３５に相当）と、を備えたことを特徴とする操舵装置を提案している。

この発明によれば、検出した運転者の手の位置に応じて、操舵反力を補正するため、例えば、手のねじれが大きくなるにつれて、操舵反力を小さくするよう制御することができる。

（２）本発明は、（１）について、前記検出手段が撮像装置（例えば、図２のカメラ３１に相当）であることを特徴とする操舵装置を提案している。

この発明によれば、撮像装置により、ステアリングホイルを把持する運転者の手の位置を検出することから、的確に、運転者の手の位置と、その角度を把握することができる。

（３）本発明は、（１）について、前記検出手段がステアリングホイルに設けられた圧電センサと、舵角センサ（例えば、図１の舵角センサ１３に相当）とにより構成されていることを特徴とする操舵装置を提案している。

この発明によれば、ステアリングホイルに設けられた圧電センサにより、運転者のステアリングホイル上で手の位置を検出することができ、舵角センサによりステアリングホイルの回転角を検出することができるため、撮像装置を用いた場合と同様に、運転者の手の位置と、その角度を把握することができる。

（４）本発明は、運転者がステアリングホイルを把持する手の位置を検出する第１のステップ（例えば、図３のステップＳ１０１からＳ１０３に相当）と、該検出した手の位置に応じて、操舵反力を補正する補正値を算出する第２のステップ（例えば、図３のステップＳ１０４に相当）と、該算出した補正値に所定のゲインを乗じて反力モータに供給する第３のステップと（例えば、図３のステップＳ１０５に相当）、を備えたことを特徴とする操舵制御方法を提案している。

この発明によれば、検出した運転者の手の位置に応じて、操舵反力を補正するため、例えば、手のねじれが大きくなるにつれて、操舵反力を小さくするよう制御することができる。

本発明によれば、ステアリングホイルを把持する運転者の手の位置に応じて、手のねじれが大きい場合には、操舵反力を小さくするよう制御することができるため、ステアリング操作を行う運転者の手の角度や位置に応じて、運転者の手にかかる負荷を軽減することができるという効果がある。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて、詳細に説明する。
本実施形態に係る操舵装置は、図４に示すように、ステアリングホイルを把持する運転者の手の状態を、例えば、カメラにより撮像して、その手の位置や角度を検出し、検出した手の位置や角度に応じて、図５に示すように、操舵反力を変化させて、運転者の手にかかる負荷の軽減を図るものである。

図１は、ステアバイワイヤシステムの構成を示した図であり、その構成は、図１に示すように、ステアリングホイル１と、操舵用アクチュエータ２と、ステアリングギア３と、車輪４と、ステアリングロッド７と、タイロッド８と、ナックルアーム９と、回転シャフト１０と、ヨーレートセンサ１１と、舵角センサ１３と、車速センサ１４と、反力モータ１９と、制御装置２０と、第１の駆動回路２２と、第２の駆動回路２３とからなっている。

操舵用アクチュエータ２は、ステアリングホイル１の回転に応じて駆動される。これにより、ステアリングホイル１は、車輪４に機械的に連結することない。ステアリングギア３は、操舵用アクチュエータ２の動きに応じて舵角が変化するように、その動きを車輪４に伝達する。ステアリングギア３は、操舵用アクチュエータ２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド７の直線運動に変換し、ステアリングロッド７の動きがタイロッド８とナックルアーム９を介して車輪４に伝達され、その車輪４のトー角が変化する。

回転シャフト１０は、ステアリングホイル１を車体側から回転可能に支持し、反力モータ１９の出力シャフトと一体化されている。ヨーレートセンサ１１は、車両のヨーレートを検出する。舵角センサ１３は、車両の舵角を検出するセンサであり、ステアリングロッド７の作動量を検出するポテンションメータから構成されている。車速センサ１４は、車速を検出するセンサである。これらのヨーレートセンサ１１、舵角センサ１３、車速センサ１４は、コンピュータにより構成される制御装置２０に接続されている。

反力モータ１９は、ステアリングホイル１を直進位置に復帰させる方向に作用する反力と、直進位置に復帰させる方向とは反対の方向に作用する復帰抵抗力とを発生させる。制御装置２０は、第１の駆動回路２２を介して操舵用アクチュエータ２を制御する。また、第２の駆動回路２３を介して、反力モータ１９を制御する。

本発明の実施形態に係る操舵装置は、図２に示すように、カメラ３１と、画像処理部３２と、把持位置検出部３３と、制御部３４と、反力補正部３５とから構成されている。

検出手段であるカメラ３１は、図５に示すように、車室内において運転者の正面に設けられ、ステアリングホイル１を把持する運転者の手の位置や角度を撮像する。画像処理部３２は、カメラ３１において捉えられた画像情報を電気信号に変換する。

なお、検出手段は、カメラ等の撮像装置に限らず、ステアリングホイルに設けられた圧電センサと、舵角センサとにより構成してもよい。この場合、圧電センサは、ステアリングホイル上の運転者の手の位置を検出し、舵角センサは、ステアリングホイルの回転角を検出する。これにより、カメラ等を用いた場合と同様に、ステアリングホイル上の運転者の手の位置と角度を検出することができる。

把持位置検出部３３は、画像処理部３２から入力した画像データあるいは、圧電センサおよび舵角センサから入力した情報に基づいて、ステアリングホイル上の運転者の手の位置と角度を検出する。

制御部３４は、制御プログラムにしたがって、装置全体の動作を制御する。また、本実施形態においては、把持位置検出部３３から入力したステアリングホイル上の運転者の手の位置と角度に関する情報と、図示しない記憶部に格納され、図５に示すように、ステアリングホイル上の運転者の手の位置とその角度および反力補正値とを関連づけて記憶するデータテーブルとを反力補正部３５に出力する。

反力補正部３５は、制御部３４から入力したステアリングホイル上の運転者の手の位置とその角度に関する情報とステアリングホイル上の運転者の手の位置とその角度および反力補正値とを関連づけて記憶するデータテーブルとを入力して、適切な補正量を決定し、決定した補正量を制御装置２０に出力する。

また、ステアバイワイヤシステムにおける操舵反力の制御に関する制御ブロックは、図６に示すように、舵角センサ１３と、ヨーレートセンサ１１と、車速センサ１４と、反力制御部４１と、乗算器４２と、ゲイン設定部４３と、反力モータ１９とから構成されており、舵角センサ１３、ヨーレートセンサ１１、車速センサ１４からの信号を入力とする反力制御部４１からの出力に対して、反力補正部３５がゲイン設定部４３に所定の補正量をセットすることにより定まるゲインを乗算器４２によって乗算することにより、反力モータ１９の入力を変化させて操舵反力の制御を行う。なお、図６に示すように、反力制御部４１と、乗算器４２と、ゲイン設定部４３は、図１の制御装置２０内に設けられている。

次に、図３を用いて、カメラによって、ステアリングホイル上の運転者の手の位置とその角度を検出する場合を例にとって、本実施形態に係る操舵装置の処理について説明する。

まず、カメラ３１からステアリングホイル上の運転者の手の位置とその角度に関する画像情報を画像処理部３２が入力し（ステップＳ１０１）、画像処理部３２が、入力した画像情報に画像処理を施して、把持位置検出部３３に出力する（ステップＳ１０２）。

把持位置検出部３３は、画像処理部３２から入力した画像データに基づいて、ステアリングホイル上の運転者の手の位置とその角度を検出し（ステップＳ１０３）、その検出した情報を制御部３４に出力する。

制御部３４は、把持位置検出部３３から入力したステアリングホイル上の運転者の手の位置とその角度に関する情報と、ステアリングホイル上の運転者の手の位置とその角度および反力補正値とを関連づけて記憶するデータテーブルとを反力補正部３５に出力する。反力補正部３５は、制御部３４からステアリングホイル上の運転者の手の位置とその角度に関する情報と、ステアリングホイル上の運転者の手の位置とその角度および反力補正値とを関連づけて記憶するデータテーブルとを入力し、これらの情報から適切な補正量を決定し、決定した補正量を制御装置２０内のゲイン設定部４３に出力する（ステップＳ１０４）。

反力補正部３５から補正量を入力したゲイン設定部４３は、入力した補正量に基づき、ゲインを決定し、乗算器４２において反力制御部４１の出力にそのゲインを乗じて、反力モータ１９に出力する（ステップＳ１０５）。反力モータ１９は、入力した値に応じて、これに対応するステアリングホイル１を直進位置に復帰させる方向とは反対の方向に作用する所定の大きさの復帰抵抗力を発生させる。

したがって、本実施形態によれば、カメラ等により、ステアリングホイルを把持する運転者の手の位置とその角度とを的確に検出し、検出した手の位置とその角度に応じた補正量を発生させて、操舵反力を制御することから、ステアリング操作を行う運転者の手の角度や位置に応じて、負荷を軽減することができる。

以上、本発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。例えば、本実施形態においては、本発明の操舵装置をステアバイワイヤ方式の運転操作装置に適用する場合について述べたが、これに限らず、本発明の操舵装置を電動パワーステアリングに適用してもよい。すなわち、図５に示すように、ステアリングの位置が０°（３時）の位置における電動パワーステアリングによるアシストを基準にステアリングの回転角度が増すごとに、回転角度に応じたアシストを行うことにより、ステアバイワイヤ方式と同様の効果が期待できる。

ステアバイワイヤシステムの構成図である。 本実施形態に係る操舵装置の構成図である。 本実施形態に係る操舵装置の処理フロー図である。 本発明の概要を示すイメージ図である。 運転者の手の位置と操舵反力を制御するゲインとの関係を例示した図である。 ステアバイワイヤシステムにおける制御ブロック図である。

符号の説明

１・・・ステアリングホイル、２・・・操舵用アクチュエータ、３・・・ステアリングギア、４・・・車輪、７・・・ステアリングロッド、８・・・タイロッド、９・・・ナックルアーム、１０・・・回転シャフト、１１・・・ヨーレートセンサ、１３・・・舵角センサ、１４・・・車速センサ、１９・・・反力モータ、２０・・・制御装置、２２・・・第１の駆動回路、２３・・・第２の駆動回路、３１・・・カメラ（検出手段、撮像手段）、３２・・・画像処理部、３３・・・把持位置検出部、３４・・・制御部、３５・・・反力補正部（補正手段）、４１・・・反力制御部、４２・・・乗算器、４３・・・ゲイン設定部

Claims (4)

1. 運転者がステアリングホイルを把持する手の位置を検出する検出手段と、
   該検出した手の位置に応じて、操舵反力を補正する補正手段と、
   を備えたことを特徴とする操舵装置。
2. 前記検出手段が撮像装置であることを特徴とする請求項１に記載の操舵装置。
3. 前記検出手段がステアリングホイルに設けられた圧電センサと、舵角センサとにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の操舵装置。
4. 運転者がステアリングホイルを把持する手の位置を検出する第１のステップと、
   該検出した手の位置に応じて、操舵反力を補正する補正値を算出する第２のステップと、
   該算出した補正値に所定のゲインを乗じて反力モータに供給する第３のステップと、
   を備えたことを特徴とする操舵制御方法。

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