車輪操舵システムおよび操舵反力制御方法
【課題】キックバック等の外乱に起因する操舵反力の変動を、運転者に応じて制御可能な車輪操舵システム、および操舵反力制御方法を提供する。
【解決手段】
ステアリングホイールの操作量に応じて車輪操舵システムであって、外力伝達手段を介してステアリングホイールに伝達される、車輪が受ける外力の大きさを、運転者の腕質量情報に応じて制御する。
【解決手段】
ステアリングホイールの操作量に応じて車輪操舵システムであって、外力伝達手段を介してステアリングホイールに伝達される、車輪が受ける外力の大きさを、運転者の腕質量情報に応じて制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリングホイールの操作量に応じて車輪を操舵する車輪操舵システム、および運転者がステアリングホイールから受ける操舵反力の大きさを制御する操舵反力制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、自動車車両などの車両のステアリング装置では、油圧式や電気モータによるパワーアシスト装置を具備したもの（いわゆる、パワーステアリングシステム）が一般的である。自動車などの車両のステアリング装置では、運転者がステアリングホイールを介して主に手や腕の触感によって認知するステアリング感覚（操舵反力特性）が、運転者に応じた適当な特性となっていることが好ましい。従来から、運転者の姿勢や筋力を検知して、運転者に応じて操舵反力特性を適正化する機能を備えたパワーアシスト装置が提案されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１に記載には、運転者の着座姿勢や運転者の体格を検出し、このような着座姿勢や体格の情報に応じて、パワーアシスト装置におけるアシスト率を制御することで、運転者が適正なステアリング感覚を得る電動式パワーステアリング装置が開示されている。また、下記特許文献２には、運転者の体格や姿勢を検出し、この体格や姿勢の情報に応じてアシスト率を制御することで、運転者が常に良好な操舵フィーリングを得る電動式パワーステアリング装置が開示されている。これら特許文献１および特許文献２は、運転者がステアリングホイールを操作して積極的に車輪を操舵する（車両の方向を変更・修正する）際の操舵反力に着目し、このような、運転者によるステアリングホイールの積極的な操作における操舵反力を、運転者に応じて好適に調整している。これに対し、下記特許文献３では、キックバックなどの、車輪が路面から受ける外力がステアリングホイールに伝わることで生じる操舵反力の変動を抑制防止する電動式操舵装置が提案されている。キックバックなどの外乱による操舵反力の変動は、運転者が路面や車両（車輪）の状態を把握するためにはある程度必要であるが、あまり大きいと運転者がステアリングホイールを保持しきれずに、車両の制御（操舵）が不能な状態になってしまうという問題もある。特許文献３では、このようなキックバックによる操舵反力の変動を抑制防止し、運転者が良好な操作フィーリングで車両を運転（車輪を操舵）することを可能としている。
【特許文献１】特開平６−９９８２９号公報
【特許文献２】特開平８−３０１１３６号公報
【特許文献３】特開２００４−１６８１５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、車両が直進走行している最中や、車両が緩やかにコーナーリングしている最中など、ステアリングホイールを急減に動かしたり、強く保持しておく必要がない状態では、多くの運転者は、ステアリングホイールを把持して腕の力を抜き、腕の重さをステアリングホイールにあずけるような状態で、腕の筋力を用いずにステアリングホイールを操作している（殆ど動かしていない）。パワーステアリング装置の性能が向上した現在、このような傾向はますます強まっている。車両の車輪が、運転者の認知していない路面の凹凸や轍を通過するなどすると、運転者の予期しないタイミングで、キックバックによる操舵反力の変動が急に生じることになる。腕の筋力を用いずにステアリングホイールを操作する運転状態においては、予期しないキックバックによる急な操舵反力の変動に対して、運転者は急に筋力で対応することはできず、ステアリングホイールは大きく動かされることになる。このようなステアリングホイールの変動は、運転者の腕の質量に応じて変わる。これは、運転者が腕の質量をステアリングホイールにあずけた状態では、ステアリングホイールのモーメント（ステアリングシャフトを軸とした回転モーメント）が、腕の質量を加味したモーメントとなり、当然、腕の質量が重いほどステアリングホイールのモーメントが大きくなるためである。特に女性など、比較的腕が細く、腕の重量が軽い運転者の場合、このモーメントは小さくなり予期しないキックバックによってステアリングは大きく振られることになり、車両の安定性が大きく悪化してしまう。
【０００５】
上記特許文献３では、ステアリングホイールの操舵量や車速に応じて、キックバック等の外乱に起因する操舵反力の変動を抑制防止しているが、運転者に応じた制御を行なう点については示唆されていない。また、特許文献１および特許文献２は、パワーアシスト装置のアシスト率の制御についての発明であり、キックバック等の外乱に起因する操舵反力の変動の抑制について記載されていない。当然、引用文献１および引用文献２の双方とも、キックバック等の外乱に起因する操舵反力の変動を、運転者に応じて制御するための具体的方法や、制御のためのパラメータについても一切示唆されていない。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題を解決するために、キックバック等の外乱に起因する操舵反力の変動を、運転者に応じて制御可能な車輪操舵システム、および操舵反力制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、ステアリングホイールの操作に応じて車輪を操舵する車輪操舵システムであって、前記ステアリングホイールの操作に反して前記車輪を転舵させるように作用する前記車輪が受ける外力を、前記ステアリングホイールに伝達する外力伝達手段と、前記運転者の腕質量情報に応じて、前記外力伝達手段を介して前記ステアリングホイールに伝達される伝達外力の大きさを調整する伝達外力調整手段とを備えることを特徴とする車輪操舵システムを提供する。
【０００８】
また、前記外力伝達手段は、前記車輪が受ける前記外力の大きさを減少させて前記ステアリングホイールに伝達する伝達外力減少手段を備え、前記伝達外力調整手段は、前記腕質量情報に基づき、前記伝達外力減少手段における前記外力の減少率を制御することで、前記車輪側から前記ステアリングホイールに伝わる前記外力の大きさを調整することが好ましい。
【０００９】
また、前記運転者の腕質量情報を取得する腕質量情報取得手段を備えることが好ましい。この腕質量情報取得手段としては、前記ステアリングホイールを駆動する駆動手段と、前記ステアリングホイールの駆動にかかる抵抗力を測定する抗力測定手段と、測定した前記抵抗力に基づき前記腕質量情報を算出する腕質量算出手段と、前記駆動手段、前記抗力測定手段、および前記腕質量算出手段の動作を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記運転者が前記ステアリングホイールを把持して、前記ステアリングホイールに前記運転者の腕重量を掛けた状態で、前記駆動手段に前記ステアリングホイールを駆動させて、この際の前記抵抗力を前記抗力測定手段に測定させ、測定した前記抵抗力に基づいて、前記腕質量算出手段に前記腕質量情報を算出させることが好ましい。
【００１０】
また、前記ステアリングホイールと前記車輪とは、前記外力伝達手段を介して機械的に接続されており、さらに、前記ステアリングホイールの操作を受けて、この操作力を増倍させて前記車輪側に伝達するパワーアシスト装置を備え、前記伝達外力調整手段は、前記腕質量情報に基づき、前記パワーアシスト装置における前記操作力の増倍率を制御することで、前記車輪側から前記ステアリングホイールに伝わる前記外力の大きさを調整することが好ましい。
【００１１】
本発明は、また、運転者がステアリングホイールを把持して、このステアリングホイールの回転を操作することで車輪を操舵する車輪操舵において、前記運転者が前記ステアリングホイールから受ける操舵反力の大きさを制御する方法であって、前記車輪が受ける外力に応じて前記ステアリングホイールに作用する外乱起因反力の大きさを、前記運転者の腕質量情報に基づいて制御することを特徴とする操作反力制御方法も併せて提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の車輪操舵システムおよび操舵反力制御方法によれば、キックバック等の外乱に起因する操舵反力の変動を、運転者の腕質量に応じて運転者毎に適度に抑制することができる。これにより、どのような運転者であっても、運転者が運転する自動車などの車両の走行安定性を確保し、かつ、運転者毎に良好な操舵フィーリングで車輪を操舵することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の車輪操舵システムおよび操舵反力制御方法について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の車輪操舵システムの一例である車輪操舵システム１０の概略構成図である。車輪操舵システム１０は、乗用車用車輪操舵システムであって、運転者がステアリングホイール１２を操作することで、車輪１４の転舵角を制御して車輪１４を操舵する。車輪操舵装置１０は、運転者によるステアリングホイールの操作を受ける操舵ユニット１６と、操舵ユニット１６が受けた運転者による操作に応じて車輪１４を転舵する転舵ユニット１８とを有し、操舵ユニット１６と転舵ユニット１８とは動力伝達機構２０を介して接続されている。また、車輪操舵装置１０は、ステアリングホイール１２を把持する運転者の腕質量を計測して、運転者の腕質量情報を取得する腕質量情報取得手段２２も備えている。腕質量取得手段２２については、後に詳述する。車輪操舵装置１０は、また、各部から送られる各種情報を受け取り、これら情報に基づいて、各部の動作を制御する制御手段２４も備えている。上述の動力伝達機構２０としては、公知のラック＆ピニオン式ステアリング装置など、例えば、操舵ユニットと転舵ユニットとが機械的に接続されている場合、ステアリングホイール１２を保持するステアリングシャフト４０と連結するメインシャフトがこれに対応する。また、操舵ユニットと転舵ユニットが機械的に分離されて、各ユニット間で情報のやりとりを行なうステアバイワイヤ・システム（Ｓｔｅｅｒ−Ｂｙ−Ｗｉｒｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の場合、操舵ユニットと転舵ユニットとにおける情報送受信手段がこれに対応する。
【００１５】
操舵ユニット１６は、操舵トルク検出手段２６と伝達外力調整手段２８とを有する。操舵トルク検出手段２６は、運転者がステアリングホイール１２を把持して行なう操作を受けて、ステアリングホイール１２を支軸するステアリングシャフト４０に発生する、ステアリングシャフト軸周りの回転トルクを検出して、制御システム２４に送る。操舵トルク検出手段としては、公知のトルクセンサを用いればよい。
【００１６】
伝達外力調整手段２８は、車両の走行中に車輪１４が受ける、ステアリングホイール１２の操作に反するように作用する外力が、車輪１４の側から動力伝達機構２０を伝達することで、ステアリングホイール１２に伝わる伝達外力を調整するための手段である。この車輪の外力については後述する。伝達外力調整手段２８は、例えば、上述の動力伝達機構２０を伝わる伝達外力に逆らう方向へ、ステアリングホイール１２に回転抵抗を与える、ブレーキトルク付与手段などが挙げられる。ブレーキトルク付与手段としては、例えば、可変ダンパ、電磁流体ブレーキ、電磁ブレーキなど公知のブレーキトルク付与機構を用いればよい。また、上述の動力伝達機構２０を伝わる伝達外力に逆らう方向へ、ステアリングホイール１２に回転トルクを与えてもよく、この場合、電動式のモータやアクチュエータなど公知の手段を用いればよい。伝達外力調整手段２８によってステアリングホイール１２にかけられる抵抗の大きさは、少なくとも腕質量情報取得手段２６で取得した、運転者の腕質量情報に基づき、制御手段２４によって制御される。なお、例えば、操舵ユニットと転舵ユニットとが機械的に接続されている場合、ブレーキ手段２８は、公知のパワーアシスト装置によって構成されていてもよい。このようなパワーアシスト装置は、操舵ユニット側から受けた操舵力を、増倍させて動力伝達機構２０を介して車輪１４の側に伝達する。車輪１４が受けた外力も、機械的接続を介して操舵ユニットの側（最終的にはステアリングホイール１２）に伝わるが、パワーアシスト装置において減衰される。本発明では、このようなパワーアシスト装置と、ブレーキトルク付与手段の双方を備えていてもよい。また、上述のステアバイワイヤ・システムでは、運転者が適度な操舵フィーリングが得られるように、車輪の転舵にともなう反力をステアリングホイールに掛ける。この場合、この車輪の転舵に伴う反力の大きさを調整すればよい。本発明の伝達外力調整手段は、特に限定されない。
【００１７】
転舵ユニット１８は、転舵手段３０と外力検出手段３２とを有する。転舵手段３０は、動力伝達機構２０を介して操舵ユニット１６から伝達される操舵トルクを受けて、この操舵トルクに応じて車輪１４を転舵する。例えば、公知のラック＆ピニオン式ステアリング装置などでは、メインシャフトの回転運動（ステアリングホイール４０の回転運動に伴う運動）を水平方向の運動に変えて、さらに、この水平方向の運動を車輪の転舵運動に変換するステアリングギヤハウジングやタイロッドなどの一連の機構が、この転舵手段３０に対応する。
【００１８】
外力検出手段３２は、車輪１４に作用する外力を検出する手段である。ここでいう外力とは、例えば、車両の車輪が路面の凹凸や轍を通過する際などにおいて車輪が路面から受ける、ステアリングホイール１２の操作に反して車輪の転舵量を変化させるよう作用する力のことをいう。すなわち、外力とは、上述の操舵トルク以外で車輪が受ける、車輪の転舵に係る力である。外力検出手段３２としては、例えば、メインシャフトのギヤユニット近辺の回転トルクを検出する公知のトルクセンサや、タイロッドに水平方向の変位を測定する変位センサなどが挙げられる。外力検出手段で取得された外力に係る情報（外力情報）は、制御手段２４に送られる。
【００１９】
制御手段２４は、操舵トルク検出手段２６によって検出された操舵トルクの情報、および外力検出手段３２によって検出された外力情報、腕質量情報取得手段２２で取得した腕質量情報を受け取り、これらの情報に基づいて、伝達外力調整手段２８の動作を制御することで、ステアリングホイール１２の操作にかかる抵抗力の大きさ（特に、車輪１４の側からステアリングホイール１２まで伝達される、車輪が受ける外力の大きさ）を所定の大きさに制御する。上述のように、運転者が腕の質量をステアリングホイールにあずけた状態では、ステアリングホイールのモーメント（ステアリングシャフトを軸とした回転モーメント）が、腕の質量を加味したモーメントとなり、腕の質量が重いほどステアリングホイールのモーメントが大きくなる。このため、車輪１４の側からステアリングホイール１２まで伝達される、車輪が受ける外力の大きさが同一である場合、運転者の腕質量が大きいほど運転者が感じる操舵反力（ここでは、運転者の筋肉にかかる力をいう）は小さくなる。そして、運転者の腕質量が小さいほど運転者が感じる操舵反力は大きくなる。本発明では、運転者が感じる操舵フィーリングが運転者によらず良好となるように、車輪の側からステアリングホイールまで伝達される、伝達外力の大きさを、運転者の腕質量の大きさに応じて設定された所定の大きさに制御することを特徴とする。
【００２０】
ここで、腕質情報量取得手段２２、および腕質量取得手段２２における腕質量の取得動作について説明する。図２は、腕質量取得手段の一例について説明する概略構成図である。腕質量取得手段２２は、ステアリングホイール１２を軸支するステアリングシャフト４０に設けられており、ホイール駆動部４２と、トルク検出部４４と、角速度検出部４５と、腕質量算出部４６と、各部の動作を制御する制御手段４８とを備えている。なお、腕質量取得手段２２は、ディスプレイやスピーカーなど、制御手段４８と接続された図示しない指示情報出力手段を備えている。図示しない指示情報出力手段からは、腕質量情報取得手段２２が実施する腕質量情報取得動作における、運転者の動作を指示する情報が出力される。
【００２１】
ホイール駆動部４２は、ステアリングシャフト４０に軸周りのトルクを与えて、ステアリングホイール１２を、ステアリングシャフト４０の軸周りに強制的に回転駆動させる。角速度検出部４５は、この際の角速度を測定して、制御部４８に送る。制御部４８は、この角速度の測定値が、予め定められた所定の角速度となるよう、ホイール駆動部４２の回転力を調整する（すなわち、回転トルクを調整する）。具体的には、制御部４８は、ステアリングホイール１２のステアリングシャフト４０の軸周りの角速度が、図３（ｂ）に示すコサイン波で表せる、時系列で変化する角速度（所定の角速度）となるよう、ホイール駆動部４２の回転力を調整する。この際、ステアリングホイール１２のステアリングシャフト４０の軸周りの変位は、図３（ａ）に示すようなサイン波で表せる時系列の変位となる。トルク検出部４４は、この際の、ステアリングシャフト４０の軸周りのトルクの大きさを検出する。トルク検出部４４では、図３（ｃ）に示すように、腕質量の大きさに応じて異なる、時系列に変化するトルク（ステアリングシャフト４０の軸周りのトルク）の大きさの値が検出される。制御部４８の制御の下、ホイール駆動部４２によって駆動されたステアリングシャフト４０の角速度の情報（所定の角速度の情報）、およびトルク検出部４４で取得された角速度の情報は、腕質量算出部４６に送られる。
【００２２】
図４に示すように、ステアリングシャフトの軸周りのトルクの大きさは、ステアリングシャフトの軸周りの角速度と比例しており、その傾きは慣性モーメントに応じて変わる。腕質量算出部４６は、ステアリングシャフト４０の軸周りに、上述の時系列で変化する角速度を与えた際の、角速度の変化に対するトルクの大きさや傾きから、運転者がステアリングホイール１２を保持した状態の、ステアリングシャフト軸周りの慣性モーメント（全体モーメント）を求める。運転者がステアリングホイール１２を保持して、腕の重量をステアリングホイール１２に預けた状態では、この全体モーメントは、ステアリングホイール自身のモーメント成分に、運転者の腕の質量のモーメント成分が加味されている。
【００２３】
腕質量情報取得手段２２には、予めステアリングホイール１２単体でのステアリングシャフト４０の軸周りの回転モーメント（ホイールモーメント）の情報が記憶されており、腕質量算出部４６は、算出した全体の慣性モーメントから、このホイールモーメントの成分を除き、運転者の腕質量のステアリングシャフト４０の軸周りのモーメント（運転者モーメント）を求める。そして、この運転者モーメントとステアリングホイール１２の半径（すなわち、運転者の腕質量がステアリングホイール１２にかかる位置と、ステアリングホイール４０の軸との距離）から、運転者の腕質量を算出する。
【００２４】
このような腕質量情報取得手段２２による腕質量情報の取得は、運転者が車輪の操舵を開始する前、好ましくは、運転者が車両に乗り込んだ直後に行なわれる。腕質量情報取得手段２２による腕質量情報は、運転者の指示入力に応じて制御手段４８の制御により開始すればよい。また、重量センサなどによって、車両に搭載されたセンサが運転者が車両に乗り込んだことを感知し、この感知情報に応じて開始してもよい。腕質量情報取得手段２２による腕質量情報の取得が開始されると、制御手段４８が図示しない指示情報出力手段の動作を制御して、運転者に、ステアリングホイール１２を把持して、腕の力を抜く（腕の筋肉を作用させない）よう指示する。運転者にステアリングホイール１２を把持させた状態で、制御手段４８は、ホイール駆動部４２によってステアリングホイールを回転駆動させ、この際の角速度を角速度検出部４４によって検出させる。そして、腕質量算出部４６を制御して、上述のように腕質量を算出する。この際、例えば、腕の筋活動の影響を除去するために、腕の筋活動に伴う筋電情報を測定しておき、この筋電情報に基づいて腕の筋活動の大きさを算出し、算出した筋活動の大きさに応じて腕質量の算出結果を補正してもよい。腕質量情報取得手段２２では、例えばこのようにして、運転者の腕質量情報を取得する。得られた腕質量情報は、上述のように、制御手段２４へ送られる。
【００２５】
図５（ａ）〜（ｂ）は、本発明の効果について説明する図であり、上述の腕質量情報取得手段によって取得された、運転者Ａ〜Ｄそれぞれの腕質量の情報と、各運転者の身体的特徴量との相関を示す図である。図５（ａ）は、運転者Ａ〜Ｄそれぞれの体重と腕質量情報との対応を示す散布図であり、図５（ｂ）は、運転者Ａ〜Ｄそれぞれの身長と腕質量情報との対応を示す散布図である。また、図５（ｃ）は、運転者Ａ〜Ｄそれぞれの筋力と腕質量との対応を示す散布図である。図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、運転者の身長、運転者の体重、運転者の筋力のいずれの情報も、腕質量との相関は低いものとなっている。このような運転者の身体的特徴量に基づいて運転者の腕質量を算出（推測）しても、精度の低い腕質量情報しか得ることができない。本発明は、上述のような腕質量情報取得手段を用いて、直接、高精度に腕質量情報を取得することができる。本発明において、腕質量情報取得手段は、このように、ステアリングシャフトにトルクを付与してステアリングホイールを回転させた際の、ステアリングホイールの回転速度に基づいて算出することに限定されない。例えば、車両に設けられたカメラによって運転者を撮影し、この撮影画像から運転者の腕領域を抽出して運転者の腕の体積を推定し、この推定した体積の大きさに基づいて運転者の腕の質量を算出して腕質量情報としてもよい。本発明の腕質量情報取得手段は、特に限定されない。
【００２６】
制御手段２４は、このようにして取得された運転者の腕質量情報に基づき、伝達外力調整手段２８の動作を制御することで、運転者が感じる操舵特性が運転者によらず良好となるように、車輪の側からステアリングホイール１２に伝達される、車輪が受ける外力の大きさを制御する。例えば、車輪の外乱を受けた際の、ステアリングホイール１２のステアリングホイール４０の軸周りの角速度が一定となるよう、伝達外力調整手段２８の動作を制御して、ステアリングホイール４０の軸周りのトルクを調整する。例えば、運転者の腕質量が小さい場合、車輪が受ける外力情報に応じて、ステアリングホイール４０の軸周りのトルクが比較的小さくなるよう、伝達外力調整手段１２の動作を制御する。また、運転者の腕質量が大きい場合、車輪が受ける外力情報に応じて、ステアリングホイール４０の軸周りのトルクが比較的大きくなるよう、伝達外力調整手段１２の動作を制御する。これら運転者の腕質量に応じて設定する、ステアリングホイール４０の軸周りのトルク設定値は、予め制御手段１２に記憶しておく。また、この設定値は、上述の操舵トルク情報や、外力情報に応じて、適宜変更してもよい。
【００２７】
仮に、伝達外力調整手段２８によって、車輪が受ける外力に応じて、ステアリングホイール４０の軸周りのトルクを調整しない場合を想定してみる。例えば、車輪が受ける外力に応じて、ステアリングホイール４０の軸周りにトルクＴＳが発生したとする（図４参照）。この場合、腕質量が比較的小さな運転者で、例えば、全体モーメントが図４のＡに示すグラフに対応するモーメントである場合、腕の重量をステアリングホイール１２に預けた状態で運転していると、ステアリングホイール１２は、角速度ωＡで運動する。このように比較的早くハンドルが運動すると、運転者が反応するまでにステアリングホイールは大きく動いてしまう。このように、ステアリングホイールが大きく動くと、車両の挙動は不安定になってしまう。しかも、腕質量の小さな運転者は比較的非力である場合が多く、ステアリングホイールの制御は困難である。このような結果、ステアリングホイールを把持していた手が振り切られてしまうこともある。また、例えば、全体モーメントが図４のＢとなる、腕質量が比較的大きな運転者である場合、腕の重量をステアリングホイール１２に預けた状態で運転していると、ステアリングホイール１２は、角速度ωＢで運動する。このように比較的遅くハンドルが運動しただけでは（ゆったりと動くだけでは）、運転者は外乱についての適度な感覚を得られない。
【００２８】
例えば、車輪が受ける外力に応じてステアリングホイール４０の軸周りにトルクＴｓが発生した場合、操舵角速度がωＳとなった場合に、運転者は好適な操舵フィーリングが得られるとわかっているとする。この場合、本件発明では、伝達外力調整手段２８によって、ステアリングホイール４０の軸周りのトルクを調整する。例えば、腕質量が比較的小さな運転者で、例えば、全体モーメントが図４のＡに示すグラフに対応するモーメントである場合、伝達外力調整手段２８によって、ステアリングホイール４０の軸周りのトルクをＴＡに調整する。このように調整することで、全体モーメントが図４のＡに示すグラフに対応する、腕質量が比較的小さな運転者であっても、好適な操舵フィーリングが得られる。また、腕質量が比較的大きな運転者で、例えば、全体モーメントが図４のＢに示すグラフに対応するモーメントである場合、伝達外力調整手段２８によって、ステアリングホイール４０の軸周りのトルクをＴＢに調整する。このように調整することで、全体モーメントが図４のＢに示すグラフに対応する、腕質量が比較的大きな運転者であっても、好適な操舵フィーリングが得られる。本件発明では、運転者の腕質量に応じてステアリングホイール４０の軸周りのトルクを調整することで、外乱の状態を的確に把握し得る適度な角速度でステアリングホイール１２が運動し、かつ運転者の腕質量に応じた適度なトルクでステアリングホイールを回転させることができる。このようにして、運転者の質量によらず、運転者は良好な操舵フィーリングを得ることができる。また、特に、腕質量の小さな運転者については、車両の安定性を増加させる効果がある。
【００２９】
以上、本発明の車輪操舵システムおよび操舵反力制御方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施例には限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の車輪操舵システムの一例の概略構成図である。
【図２】本発明の車輪操舵システムの腕質量情報取得手段の一例について説明する概略構成図である。
【図３】本発明の車輪操舵システムの腕質量情報取得手段の動作の一例について説明する図である。
【図４】複数の運転者それぞれについて、運転者がステアリングホイールを保持した状態における、ステアリングシャフトの軸周りのトルクと角速度との関係を示すグラフである。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、腕情報取得手段によって取得された、運転者Ａ〜Ｄそれぞれの腕質量の情報と、各運転者の身体的特徴量との相関を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０ 車輪操舵システム
１２ ステアリングホイール
１４ 車輪
１６ 操舵ユニット
１８ 転舵ユニット
２０ 動力伝達機構
２２ 腕質量情報取得手段
２４ 制御手段
２６ 検出手段
２８ 伝達外力調整手段
３０ 転舵手段
３２ 外力検出手段
４０ ステアリングシャフト
４２ ホイール駆動部
４４ トルク検出部
４５ 角速度検出部
４６ 腕質量算出部
４８ 制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリングホイールの操作量に応じて車輪を操舵する車輪操舵システム、および運転者がステアリングホイールから受ける操舵反力の大きさを制御する操舵反力制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、自動車車両などの車両のステアリング装置では、油圧式や電気モータによるパワーアシスト装置を具備したもの（いわゆる、パワーステアリングシステム）が一般的である。自動車などの車両のステアリング装置では、運転者がステアリングホイールを介して主に手や腕の触感によって認知するステアリング感覚（操舵反力特性）が、運転者に応じた適当な特性となっていることが好ましい。従来から、運転者の姿勢や筋力を検知して、運転者に応じて操舵反力特性を適正化する機能を備えたパワーアシスト装置が提案されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１に記載には、運転者の着座姿勢や運転者の体格を検出し、このような着座姿勢や体格の情報に応じて、パワーアシスト装置におけるアシスト率を制御することで、運転者が適正なステアリング感覚を得る電動式パワーステアリング装置が開示されている。また、下記特許文献２には、運転者の体格や姿勢を検出し、この体格や姿勢の情報に応じてアシスト率を制御することで、運転者が常に良好な操舵フィーリングを得る電動式パワーステアリング装置が開示されている。これら特許文献１および特許文献２は、運転者がステアリングホイールを操作して積極的に車輪を操舵する（車両の方向を変更・修正する）際の操舵反力に着目し、このような、運転者によるステアリングホイールの積極的な操作における操舵反力を、運転者に応じて好適に調整している。これに対し、下記特許文献３では、キックバックなどの、車輪が路面から受ける外力がステアリングホイールに伝わることで生じる操舵反力の変動を抑制防止する電動式操舵装置が提案されている。キックバックなどの外乱による操舵反力の変動は、運転者が路面や車両（車輪）の状態を把握するためにはある程度必要であるが、あまり大きいと運転者がステアリングホイールを保持しきれずに、車両の制御（操舵）が不能な状態になってしまうという問題もある。特許文献３では、このようなキックバックによる操舵反力の変動を抑制防止し、運転者が良好な操作フィーリングで車両を運転（車輪を操舵）することを可能としている。
【特許文献１】特開平６−９９８２９号公報
【特許文献２】特開平８−３０１１３６号公報
【特許文献３】特開２００４−１６８１５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、車両が直進走行している最中や、車両が緩やかにコーナーリングしている最中など、ステアリングホイールを急減に動かしたり、強く保持しておく必要がない状態では、多くの運転者は、ステアリングホイールを把持して腕の力を抜き、腕の重さをステアリングホイールにあずけるような状態で、腕の筋力を用いずにステアリングホイールを操作している（殆ど動かしていない）。パワーステアリング装置の性能が向上した現在、このような傾向はますます強まっている。車両の車輪が、運転者の認知していない路面の凹凸や轍を通過するなどすると、運転者の予期しないタイミングで、キックバックによる操舵反力の変動が急に生じることになる。腕の筋力を用いずにステアリングホイールを操作する運転状態においては、予期しないキックバックによる急な操舵反力の変動に対して、運転者は急に筋力で対応することはできず、ステアリングホイールは大きく動かされることになる。このようなステアリングホイールの変動は、運転者の腕の質量に応じて変わる。これは、運転者が腕の質量をステアリングホイールにあずけた状態では、ステアリングホイールのモーメント（ステアリングシャフトを軸とした回転モーメント）が、腕の質量を加味したモーメントとなり、当然、腕の質量が重いほどステアリングホイールのモーメントが大きくなるためである。特に女性など、比較的腕が細く、腕の重量が軽い運転者の場合、このモーメントは小さくなり予期しないキックバックによってステアリングは大きく振られることになり、車両の安定性が大きく悪化してしまう。
【０００５】
上記特許文献３では、ステアリングホイールの操舵量や車速に応じて、キックバック等の外乱に起因する操舵反力の変動を抑制防止しているが、運転者に応じた制御を行なう点については示唆されていない。また、特許文献１および特許文献２は、パワーアシスト装置のアシスト率の制御についての発明であり、キックバック等の外乱に起因する操舵反力の変動の抑制について記載されていない。当然、引用文献１および引用文献２の双方とも、キックバック等の外乱に起因する操舵反力の変動を、運転者に応じて制御するための具体的方法や、制御のためのパラメータについても一切示唆されていない。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題を解決するために、キックバック等の外乱に起因する操舵反力の変動を、運転者に応じて制御可能な車輪操舵システム、および操舵反力制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、ステアリングホイールの操作に応じて車輪を操舵する車輪操舵システムであって、前記ステアリングホイールの操作に反して前記車輪を転舵させるように作用する前記車輪が受ける外力を、前記ステアリングホイールに伝達する外力伝達手段と、前記運転者の腕質量情報に応じて、前記外力伝達手段を介して前記ステアリングホイールに伝達される伝達外力の大きさを調整する伝達外力調整手段とを備えることを特徴とする車輪操舵システムを提供する。
【０００８】
また、前記外力伝達手段は、前記車輪が受ける前記外力の大きさを減少させて前記ステアリングホイールに伝達する伝達外力減少手段を備え、前記伝達外力調整手段は、前記腕質量情報に基づき、前記伝達外力減少手段における前記外力の減少率を制御することで、前記車輪側から前記ステアリングホイールに伝わる前記外力の大きさを調整することが好ましい。
【０００９】
また、前記運転者の腕質量情報を取得する腕質量情報取得手段を備えることが好ましい。この腕質量情報取得手段としては、前記ステアリングホイールを駆動する駆動手段と、前記ステアリングホイールの駆動にかかる抵抗力を測定する抗力測定手段と、測定した前記抵抗力に基づき前記腕質量情報を算出する腕質量算出手段と、前記駆動手段、前記抗力測定手段、および前記腕質量算出手段の動作を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記運転者が前記ステアリングホイールを把持して、前記ステアリングホイールに前記運転者の腕重量を掛けた状態で、前記駆動手段に前記ステアリングホイールを駆動させて、この際の前記抵抗力を前記抗力測定手段に測定させ、測定した前記抵抗力に基づいて、前記腕質量算出手段に前記腕質量情報を算出させることが好ましい。
【００１０】
また、前記ステアリングホイールと前記車輪とは、前記外力伝達手段を介して機械的に接続されており、さらに、前記ステアリングホイールの操作を受けて、この操作力を増倍させて前記車輪側に伝達するパワーアシスト装置を備え、前記伝達外力調整手段は、前記腕質量情報に基づき、前記パワーアシスト装置における前記操作力の増倍率を制御することで、前記車輪側から前記ステアリングホイールに伝わる前記外力の大きさを調整することが好ましい。
【００１１】
本発明は、また、運転者がステアリングホイールを把持して、このステアリングホイールの回転を操作することで車輪を操舵する車輪操舵において、前記運転者が前記ステアリングホイールから受ける操舵反力の大きさを制御する方法であって、前記車輪が受ける外力に応じて前記ステアリングホイールに作用する外乱起因反力の大きさを、前記運転者の腕質量情報に基づいて制御することを特徴とする操作反力制御方法も併せて提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の車輪操舵システムおよび操舵反力制御方法によれば、キックバック等の外乱に起因する操舵反力の変動を、運転者の腕質量に応じて運転者毎に適度に抑制することができる。これにより、どのような運転者であっても、運転者が運転する自動車などの車両の走行安定性を確保し、かつ、運転者毎に良好な操舵フィーリングで車輪を操舵することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の車輪操舵システムおよび操舵反力制御方法について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の車輪操舵システムの一例である車輪操舵システム１０の概略構成図である。車輪操舵システム１０は、乗用車用車輪操舵システムであって、運転者がステアリングホイール１２を操作することで、車輪１４の転舵角を制御して車輪１４を操舵する。車輪操舵装置１０は、運転者によるステアリングホイールの操作を受ける操舵ユニット１６と、操舵ユニット１６が受けた運転者による操作に応じて車輪１４を転舵する転舵ユニット１８とを有し、操舵ユニット１６と転舵ユニット１８とは動力伝達機構２０を介して接続されている。また、車輪操舵装置１０は、ステアリングホイール１２を把持する運転者の腕質量を計測して、運転者の腕質量情報を取得する腕質量情報取得手段２２も備えている。腕質量取得手段２２については、後に詳述する。車輪操舵装置１０は、また、各部から送られる各種情報を受け取り、これら情報に基づいて、各部の動作を制御する制御手段２４も備えている。上述の動力伝達機構２０としては、公知のラック＆ピニオン式ステアリング装置など、例えば、操舵ユニットと転舵ユニットとが機械的に接続されている場合、ステアリングホイール１２を保持するステアリングシャフト４０と連結するメインシャフトがこれに対応する。また、操舵ユニットと転舵ユニットが機械的に分離されて、各ユニット間で情報のやりとりを行なうステアバイワイヤ・システム（Ｓｔｅｅｒ−Ｂｙ−Ｗｉｒｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の場合、操舵ユニットと転舵ユニットとにおける情報送受信手段がこれに対応する。
【００１５】
操舵ユニット１６は、操舵トルク検出手段２６と伝達外力調整手段２８とを有する。操舵トルク検出手段２６は、運転者がステアリングホイール１２を把持して行なう操作を受けて、ステアリングホイール１２を支軸するステアリングシャフト４０に発生する、ステアリングシャフト軸周りの回転トルクを検出して、制御システム２４に送る。操舵トルク検出手段としては、公知のトルクセンサを用いればよい。
【００１６】
伝達外力調整手段２８は、車両の走行中に車輪１４が受ける、ステアリングホイール１２の操作に反するように作用する外力が、車輪１４の側から動力伝達機構２０を伝達することで、ステアリングホイール１２に伝わる伝達外力を調整するための手段である。この車輪の外力については後述する。伝達外力調整手段２８は、例えば、上述の動力伝達機構２０を伝わる伝達外力に逆らう方向へ、ステアリングホイール１２に回転抵抗を与える、ブレーキトルク付与手段などが挙げられる。ブレーキトルク付与手段としては、例えば、可変ダンパ、電磁流体ブレーキ、電磁ブレーキなど公知のブレーキトルク付与機構を用いればよい。また、上述の動力伝達機構２０を伝わる伝達外力に逆らう方向へ、ステアリングホイール１２に回転トルクを与えてもよく、この場合、電動式のモータやアクチュエータなど公知の手段を用いればよい。伝達外力調整手段２８によってステアリングホイール１２にかけられる抵抗の大きさは、少なくとも腕質量情報取得手段２６で取得した、運転者の腕質量情報に基づき、制御手段２４によって制御される。なお、例えば、操舵ユニットと転舵ユニットとが機械的に接続されている場合、ブレーキ手段２８は、公知のパワーアシスト装置によって構成されていてもよい。このようなパワーアシスト装置は、操舵ユニット側から受けた操舵力を、増倍させて動力伝達機構２０を介して車輪１４の側に伝達する。車輪１４が受けた外力も、機械的接続を介して操舵ユニットの側（最終的にはステアリングホイール１２）に伝わるが、パワーアシスト装置において減衰される。本発明では、このようなパワーアシスト装置と、ブレーキトルク付与手段の双方を備えていてもよい。また、上述のステアバイワイヤ・システムでは、運転者が適度な操舵フィーリングが得られるように、車輪の転舵にともなう反力をステアリングホイールに掛ける。この場合、この車輪の転舵に伴う反力の大きさを調整すればよい。本発明の伝達外力調整手段は、特に限定されない。
【００１７】
転舵ユニット１８は、転舵手段３０と外力検出手段３２とを有する。転舵手段３０は、動力伝達機構２０を介して操舵ユニット１６から伝達される操舵トルクを受けて、この操舵トルクに応じて車輪１４を転舵する。例えば、公知のラック＆ピニオン式ステアリング装置などでは、メインシャフトの回転運動（ステアリングホイール４０の回転運動に伴う運動）を水平方向の運動に変えて、さらに、この水平方向の運動を車輪の転舵運動に変換するステアリングギヤハウジングやタイロッドなどの一連の機構が、この転舵手段３０に対応する。
【００１８】
外力検出手段３２は、車輪１４に作用する外力を検出する手段である。ここでいう外力とは、例えば、車両の車輪が路面の凹凸や轍を通過する際などにおいて車輪が路面から受ける、ステアリングホイール１２の操作に反して車輪の転舵量を変化させるよう作用する力のことをいう。すなわち、外力とは、上述の操舵トルク以外で車輪が受ける、車輪の転舵に係る力である。外力検出手段３２としては、例えば、メインシャフトのギヤユニット近辺の回転トルクを検出する公知のトルクセンサや、タイロッドに水平方向の変位を測定する変位センサなどが挙げられる。外力検出手段で取得された外力に係る情報（外力情報）は、制御手段２４に送られる。
【００１９】
制御手段２４は、操舵トルク検出手段２６によって検出された操舵トルクの情報、および外力検出手段３２によって検出された外力情報、腕質量情報取得手段２２で取得した腕質量情報を受け取り、これらの情報に基づいて、伝達外力調整手段２８の動作を制御することで、ステアリングホイール１２の操作にかかる抵抗力の大きさ（特に、車輪１４の側からステアリングホイール１２まで伝達される、車輪が受ける外力の大きさ）を所定の大きさに制御する。上述のように、運転者が腕の質量をステアリングホイールにあずけた状態では、ステアリングホイールのモーメント（ステアリングシャフトを軸とした回転モーメント）が、腕の質量を加味したモーメントとなり、腕の質量が重いほどステアリングホイールのモーメントが大きくなる。このため、車輪１４の側からステアリングホイール１２まで伝達される、車輪が受ける外力の大きさが同一である場合、運転者の腕質量が大きいほど運転者が感じる操舵反力（ここでは、運転者の筋肉にかかる力をいう）は小さくなる。そして、運転者の腕質量が小さいほど運転者が感じる操舵反力は大きくなる。本発明では、運転者が感じる操舵フィーリングが運転者によらず良好となるように、車輪の側からステアリングホイールまで伝達される、伝達外力の大きさを、運転者の腕質量の大きさに応じて設定された所定の大きさに制御することを特徴とする。
【００２０】
ここで、腕質情報量取得手段２２、および腕質量取得手段２２における腕質量の取得動作について説明する。図２は、腕質量取得手段の一例について説明する概略構成図である。腕質量取得手段２２は、ステアリングホイール１２を軸支するステアリングシャフト４０に設けられており、ホイール駆動部４２と、トルク検出部４４と、角速度検出部４５と、腕質量算出部４６と、各部の動作を制御する制御手段４８とを備えている。なお、腕質量取得手段２２は、ディスプレイやスピーカーなど、制御手段４８と接続された図示しない指示情報出力手段を備えている。図示しない指示情報出力手段からは、腕質量情報取得手段２２が実施する腕質量情報取得動作における、運転者の動作を指示する情報が出力される。
【００２１】
ホイール駆動部４２は、ステアリングシャフト４０に軸周りのトルクを与えて、ステアリングホイール１２を、ステアリングシャフト４０の軸周りに強制的に回転駆動させる。角速度検出部４５は、この際の角速度を測定して、制御部４８に送る。制御部４８は、この角速度の測定値が、予め定められた所定の角速度となるよう、ホイール駆動部４２の回転力を調整する（すなわち、回転トルクを調整する）。具体的には、制御部４８は、ステアリングホイール１２のステアリングシャフト４０の軸周りの角速度が、図３（ｂ）に示すコサイン波で表せる、時系列で変化する角速度（所定の角速度）となるよう、ホイール駆動部４２の回転力を調整する。この際、ステアリングホイール１２のステアリングシャフト４０の軸周りの変位は、図３（ａ）に示すようなサイン波で表せる時系列の変位となる。トルク検出部４４は、この際の、ステアリングシャフト４０の軸周りのトルクの大きさを検出する。トルク検出部４４では、図３（ｃ）に示すように、腕質量の大きさに応じて異なる、時系列に変化するトルク（ステアリングシャフト４０の軸周りのトルク）の大きさの値が検出される。制御部４８の制御の下、ホイール駆動部４２によって駆動されたステアリングシャフト４０の角速度の情報（所定の角速度の情報）、およびトルク検出部４４で取得された角速度の情報は、腕質量算出部４６に送られる。
【００２２】
図４に示すように、ステアリングシャフトの軸周りのトルクの大きさは、ステアリングシャフトの軸周りの角速度と比例しており、その傾きは慣性モーメントに応じて変わる。腕質量算出部４６は、ステアリングシャフト４０の軸周りに、上述の時系列で変化する角速度を与えた際の、角速度の変化に対するトルクの大きさや傾きから、運転者がステアリングホイール１２を保持した状態の、ステアリングシャフト軸周りの慣性モーメント（全体モーメント）を求める。運転者がステアリングホイール１２を保持して、腕の重量をステアリングホイール１２に預けた状態では、この全体モーメントは、ステアリングホイール自身のモーメント成分に、運転者の腕の質量のモーメント成分が加味されている。
【００２３】
腕質量情報取得手段２２には、予めステアリングホイール１２単体でのステアリングシャフト４０の軸周りの回転モーメント（ホイールモーメント）の情報が記憶されており、腕質量算出部４６は、算出した全体の慣性モーメントから、このホイールモーメントの成分を除き、運転者の腕質量のステアリングシャフト４０の軸周りのモーメント（運転者モーメント）を求める。そして、この運転者モーメントとステアリングホイール１２の半径（すなわち、運転者の腕質量がステアリングホイール１２にかかる位置と、ステアリングホイール４０の軸との距離）から、運転者の腕質量を算出する。
【００２４】
このような腕質量情報取得手段２２による腕質量情報の取得は、運転者が車輪の操舵を開始する前、好ましくは、運転者が車両に乗り込んだ直後に行なわれる。腕質量情報取得手段２２による腕質量情報は、運転者の指示入力に応じて制御手段４８の制御により開始すればよい。また、重量センサなどによって、車両に搭載されたセンサが運転者が車両に乗り込んだことを感知し、この感知情報に応じて開始してもよい。腕質量情報取得手段２２による腕質量情報の取得が開始されると、制御手段４８が図示しない指示情報出力手段の動作を制御して、運転者に、ステアリングホイール１２を把持して、腕の力を抜く（腕の筋肉を作用させない）よう指示する。運転者にステアリングホイール１２を把持させた状態で、制御手段４８は、ホイール駆動部４２によってステアリングホイールを回転駆動させ、この際の角速度を角速度検出部４４によって検出させる。そして、腕質量算出部４６を制御して、上述のように腕質量を算出する。この際、例えば、腕の筋活動の影響を除去するために、腕の筋活動に伴う筋電情報を測定しておき、この筋電情報に基づいて腕の筋活動の大きさを算出し、算出した筋活動の大きさに応じて腕質量の算出結果を補正してもよい。腕質量情報取得手段２２では、例えばこのようにして、運転者の腕質量情報を取得する。得られた腕質量情報は、上述のように、制御手段２４へ送られる。
【００２５】
図５（ａ）〜（ｂ）は、本発明の効果について説明する図であり、上述の腕質量情報取得手段によって取得された、運転者Ａ〜Ｄそれぞれの腕質量の情報と、各運転者の身体的特徴量との相関を示す図である。図５（ａ）は、運転者Ａ〜Ｄそれぞれの体重と腕質量情報との対応を示す散布図であり、図５（ｂ）は、運転者Ａ〜Ｄそれぞれの身長と腕質量情報との対応を示す散布図である。また、図５（ｃ）は、運転者Ａ〜Ｄそれぞれの筋力と腕質量との対応を示す散布図である。図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、運転者の身長、運転者の体重、運転者の筋力のいずれの情報も、腕質量との相関は低いものとなっている。このような運転者の身体的特徴量に基づいて運転者の腕質量を算出（推測）しても、精度の低い腕質量情報しか得ることができない。本発明は、上述のような腕質量情報取得手段を用いて、直接、高精度に腕質量情報を取得することができる。本発明において、腕質量情報取得手段は、このように、ステアリングシャフトにトルクを付与してステアリングホイールを回転させた際の、ステアリングホイールの回転速度に基づいて算出することに限定されない。例えば、車両に設けられたカメラによって運転者を撮影し、この撮影画像から運転者の腕領域を抽出して運転者の腕の体積を推定し、この推定した体積の大きさに基づいて運転者の腕の質量を算出して腕質量情報としてもよい。本発明の腕質量情報取得手段は、特に限定されない。
【００２６】
制御手段２４は、このようにして取得された運転者の腕質量情報に基づき、伝達外力調整手段２８の動作を制御することで、運転者が感じる操舵特性が運転者によらず良好となるように、車輪の側からステアリングホイール１２に伝達される、車輪が受ける外力の大きさを制御する。例えば、車輪の外乱を受けた際の、ステアリングホイール１２のステアリングホイール４０の軸周りの角速度が一定となるよう、伝達外力調整手段２８の動作を制御して、ステアリングホイール４０の軸周りのトルクを調整する。例えば、運転者の腕質量が小さい場合、車輪が受ける外力情報に応じて、ステアリングホイール４０の軸周りのトルクが比較的小さくなるよう、伝達外力調整手段１２の動作を制御する。また、運転者の腕質量が大きい場合、車輪が受ける外力情報に応じて、ステアリングホイール４０の軸周りのトルクが比較的大きくなるよう、伝達外力調整手段１２の動作を制御する。これら運転者の腕質量に応じて設定する、ステアリングホイール４０の軸周りのトルク設定値は、予め制御手段１２に記憶しておく。また、この設定値は、上述の操舵トルク情報や、外力情報に応じて、適宜変更してもよい。
【００２７】
仮に、伝達外力調整手段２８によって、車輪が受ける外力に応じて、ステアリングホイール４０の軸周りのトルクを調整しない場合を想定してみる。例えば、車輪が受ける外力に応じて、ステアリングホイール４０の軸周りにトルクＴＳが発生したとする（図４参照）。この場合、腕質量が比較的小さな運転者で、例えば、全体モーメントが図４のＡに示すグラフに対応するモーメントである場合、腕の重量をステアリングホイール１２に預けた状態で運転していると、ステアリングホイール１２は、角速度ωＡで運動する。このように比較的早くハンドルが運動すると、運転者が反応するまでにステアリングホイールは大きく動いてしまう。このように、ステアリングホイールが大きく動くと、車両の挙動は不安定になってしまう。しかも、腕質量の小さな運転者は比較的非力である場合が多く、ステアリングホイールの制御は困難である。このような結果、ステアリングホイールを把持していた手が振り切られてしまうこともある。また、例えば、全体モーメントが図４のＢとなる、腕質量が比較的大きな運転者である場合、腕の重量をステアリングホイール１２に預けた状態で運転していると、ステアリングホイール１２は、角速度ωＢで運動する。このように比較的遅くハンドルが運動しただけでは（ゆったりと動くだけでは）、運転者は外乱についての適度な感覚を得られない。
【００２８】
例えば、車輪が受ける外力に応じてステアリングホイール４０の軸周りにトルクＴｓが発生した場合、操舵角速度がωＳとなった場合に、運転者は好適な操舵フィーリングが得られるとわかっているとする。この場合、本件発明では、伝達外力調整手段２８によって、ステアリングホイール４０の軸周りのトルクを調整する。例えば、腕質量が比較的小さな運転者で、例えば、全体モーメントが図４のＡに示すグラフに対応するモーメントである場合、伝達外力調整手段２８によって、ステアリングホイール４０の軸周りのトルクをＴＡに調整する。このように調整することで、全体モーメントが図４のＡに示すグラフに対応する、腕質量が比較的小さな運転者であっても、好適な操舵フィーリングが得られる。また、腕質量が比較的大きな運転者で、例えば、全体モーメントが図４のＢに示すグラフに対応するモーメントである場合、伝達外力調整手段２８によって、ステアリングホイール４０の軸周りのトルクをＴＢに調整する。このように調整することで、全体モーメントが図４のＢに示すグラフに対応する、腕質量が比較的大きな運転者であっても、好適な操舵フィーリングが得られる。本件発明では、運転者の腕質量に応じてステアリングホイール４０の軸周りのトルクを調整することで、外乱の状態を的確に把握し得る適度な角速度でステアリングホイール１２が運動し、かつ運転者の腕質量に応じた適度なトルクでステアリングホイールを回転させることができる。このようにして、運転者の質量によらず、運転者は良好な操舵フィーリングを得ることができる。また、特に、腕質量の小さな運転者については、車両の安定性を増加させる効果がある。
【００２９】
以上、本発明の車輪操舵システムおよび操舵反力制御方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施例には限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の車輪操舵システムの一例の概略構成図である。
【図２】本発明の車輪操舵システムの腕質量情報取得手段の一例について説明する概略構成図である。
【図３】本発明の車輪操舵システムの腕質量情報取得手段の動作の一例について説明する図である。
【図４】複数の運転者それぞれについて、運転者がステアリングホイールを保持した状態における、ステアリングシャフトの軸周りのトルクと角速度との関係を示すグラフである。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、腕情報取得手段によって取得された、運転者Ａ〜Ｄそれぞれの腕質量の情報と、各運転者の身体的特徴量との相関を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０ 車輪操舵システム
１２ ステアリングホイール
１４ 車輪
１６ 操舵ユニット
１８ 転舵ユニット
２０ 動力伝達機構
２２ 腕質量情報取得手段
２４ 制御手段
２６ 検出手段
２８ 伝達外力調整手段
３０ 転舵手段
３２ 外力検出手段
４０ ステアリングシャフト
４２ ホイール駆動部
４４ トルク検出部
４５ 角速度検出部
４６ 腕質量算出部
４８ 制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールの操作に応じて車輪を操舵する車輪操舵システムであって、
前記ステアリングホイールの操作に反して前記車輪を転舵させるように作用する前記車輪が受ける外力を、前記ステアリングホイールに伝達する外力伝達手段と、
運転者の腕質量情報に応じて、前記外力伝達手段を介して前記ステアリングホイールに伝達される伝達外力の大きさを調整する伝達外力調整手段とを備えることを特徴とする車輪操舵システム。
【請求項２】
前記外力伝達手段は、前記車輪が受ける前記外力の大きさを減少させて前記ステアリングホイールに伝達する伝達外力減少手段を備え、
前記伝達外力調整手段は、前記腕質量情報に基づき、前記伝達外力減少手段における前記外力の減少率を制御することで、前記車輪側から前記ステアリングホイールに伝わる前記外力の大きさを調整することを特徴とする請求項１記載の車輪操舵システム。
【請求項３】
さらに、前記運転者の腕質量情報を取得する腕質量情報取得手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載の車輪操舵システム。
【請求項４】
前記腕質量情報取得手段は、前記ステアリングホイールを駆動する駆動手段と、前記ステアリングホイールの駆動に反する抵抗力を測定する抗力測定手段と、測定した前記抵抗力に基づき前記腕質量情報を算出する腕質量算出手段と、前記駆動手段、前記抗力測定手段、および前記腕質量算出手段の動作を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記運転者が前記ステアリングホイールを把持して、前記ステアリングホイールに前記運転者の腕重量を掛けた状態で、前記駆動手段に前記ステアリングホイールを駆動させて、この際の前記抵抗力を前記抗力測定手段に測定させ、測定した前記抵抗力に基づいて、前記腕質量算出手段に前記腕質量情報を算出させることを特徴とする請求項３に記載の車輪操舵システム。
【請求項５】
前記ステアリングホイールと前記車輪とは、前記外力伝達手段を介して機械的に接続されており、
さらに、前記ステアリングホイールの操作を受けて、この操作力を増倍させて前記車輪側に伝達するパワーアシスト装置を備え、
前記伝達外力調整手段は、前記腕質量情報に基づき、前記パワーアシスト装置における前記操作力の増倍率を制御することで、前記車輪側から前記ステアリングホイールに伝わる前記外力の大きさも調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車輪操舵システム。
【請求項６】
運転者がステアリングホイールを把持して、このステアリングホイールの回転を操作することで車輪を操舵する車輪操舵において、前記運転者が前記ステアリングホイールから受ける操舵反力の大きさを制御する方法であって、
前記車輪が受ける外力に応じて前記ステアリングホイールに作用する外乱起因反力の大きさを、前記運転者の腕質量情報に基づいて制御することを特徴とする操作反力制御方法。
【請求項１】
ステアリングホイールの操作に応じて車輪を操舵する車輪操舵システムであって、
前記ステアリングホイールの操作に反して前記車輪を転舵させるように作用する前記車輪が受ける外力を、前記ステアリングホイールに伝達する外力伝達手段と、
運転者の腕質量情報に応じて、前記外力伝達手段を介して前記ステアリングホイールに伝達される伝達外力の大きさを調整する伝達外力調整手段とを備えることを特徴とする車輪操舵システム。
【請求項２】
前記外力伝達手段は、前記車輪が受ける前記外力の大きさを減少させて前記ステアリングホイールに伝達する伝達外力減少手段を備え、
前記伝達外力調整手段は、前記腕質量情報に基づき、前記伝達外力減少手段における前記外力の減少率を制御することで、前記車輪側から前記ステアリングホイールに伝わる前記外力の大きさを調整することを特徴とする請求項１記載の車輪操舵システム。
【請求項３】
さらに、前記運転者の腕質量情報を取得する腕質量情報取得手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載の車輪操舵システム。
【請求項４】
前記腕質量情報取得手段は、前記ステアリングホイールを駆動する駆動手段と、前記ステアリングホイールの駆動に反する抵抗力を測定する抗力測定手段と、測定した前記抵抗力に基づき前記腕質量情報を算出する腕質量算出手段と、前記駆動手段、前記抗力測定手段、および前記腕質量算出手段の動作を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記運転者が前記ステアリングホイールを把持して、前記ステアリングホイールに前記運転者の腕重量を掛けた状態で、前記駆動手段に前記ステアリングホイールを駆動させて、この際の前記抵抗力を前記抗力測定手段に測定させ、測定した前記抵抗力に基づいて、前記腕質量算出手段に前記腕質量情報を算出させることを特徴とする請求項３に記載の車輪操舵システム。
【請求項５】
前記ステアリングホイールと前記車輪とは、前記外力伝達手段を介して機械的に接続されており、
さらに、前記ステアリングホイールの操作を受けて、この操作力を増倍させて前記車輪側に伝達するパワーアシスト装置を備え、
前記伝達外力調整手段は、前記腕質量情報に基づき、前記パワーアシスト装置における前記操作力の増倍率を制御することで、前記車輪側から前記ステアリングホイールに伝わる前記外力の大きさも調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車輪操舵システム。
【請求項６】
運転者がステアリングホイールを把持して、このステアリングホイールの回転を操作することで車輪を操舵する車輪操舵において、前記運転者が前記ステアリングホイールから受ける操舵反力の大きさを制御する方法であって、
前記車輪が受ける外力に応じて前記ステアリングホイールに作用する外乱起因反力の大きさを、前記運転者の腕質量情報に基づいて制御することを特徴とする操作反力制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２４０４４３（Ｐ２００６−２４０４４３Ａ）
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５７６４６（Ｐ２００５−５７６４６）
【出願日】平成１７年３月２日（２００５．３．２）
【出願人】（０００００６７１４）横浜ゴム株式会社 (4,905)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２日（２００５．３．２）
【出願人】（０００００６７１４）横浜ゴム株式会社 (4,905)
【Ｆターム（参考）】
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