JP3821038B2

JP3821038B2 - Vehicle driving device

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Publication number: JP3821038B2
Application number: JP2002106072A
Authority: JP
Inventors: 伸芳杉谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2022-04-09
Also published as: JP2003300425A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転者によって操作される操作部材の変位位置に応じて、車両の走行速度、車輪の転舵角などのような車両の運動状態量を変更制御するとともに、操作部材の操作に対して反力を付与するようにした車両の運転装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば特開平８−３４３５３号公報に示されているように、ジョイスティックのような操作部材の左右への操作に応じて、転舵輪を左右に転舵する車両の運転装置は知られている。この運転装置においては、軸方向の変位に応じて転舵輪を転舵するタイロッドに転舵輪の転舵に伴う軸力（転舵反力）を検出するための軸力センサを組み付けておき、軸力センサによって検出される軸力に応じた反力が操作部材の操作に対して付与されるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の装置においては、転舵輪の実際の転舵に関係した転舵反力が操作部材に与えられるので運転者は操作部材を操作し易くなるが、この転舵反力を検出するための軸力センサを必要とするので、製造コストが高くなるという問題がある。
【０００４】
【本発明の概要】
本発明は、上記課題に対処するためになされたものであり、その目的は、操作部材の操作による運動状態の変更に伴う機械的な反力を直接検出する上記軸力センサのような反力センサを用いることなく、操作部材に適切な反力が付与されるようにした車両の運転装置を提供することにある。
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、運転者によって操作される変位可能な操作部材と、操作部材の変位位置を検出する位置センサと、操作部材に反力を付与する反力付与装置と、車両の運動状態を表す運動状態量を検出する運動状態量センサと、車両の運動状態を変更する運動状態変更装置とを備え、操作部材の操作に応じて車両の運動状態を変更制御するとともに、同操作部材の操作に対して反力を付与するようにした車両の運転装置において、位置センサによって検出された操作部材の変位位置を変数として所定の第１関数に従って車両の目標運動状態量を計算する目標運動状態量計算手段と、前記計算した目標運動状態量と運動状態量センサによって検出された車両の運動状態量との偏差を変数として所定の第２関数に従って、車両の運動状態を前記計算した目標運動状態量に変更するための運動状態制御量を計算する運動状態制御量計算手段と、前記計算した運動状態制御量を用いて運動状態変更装置を制御する運動状態変更制御手段と、運動状態量センサによって検出された運動状態量を変数として第１関数に関連した第３関数に従って操作部材の目標位置を計算する目標位置計算手段と、前記計算した目標位置と位置センサによって検出された操作部材の変位位置との偏差を変数として第２関数に関連した第４関数に従って操作部材に付与されるべき反力を計算する反力計算手段と、前記計算した反力を用いて反力付与装置を制御して、操作部材に前記計算した反力が付与されるようにした反力制御手段とを設けたことにある。
【０００６】
この場合、運動状態制御量は、例えば、車両の運動状態量を微分した物理量を制御するための制御量であるようにするとよい。第３関数は、第１関数の逆関数であるようにするとよい。第４関数は、第２関数と比例関係にあるようにするとよい。より具体的には、例えば、運動状態量は車両の走行速度であり、かつ運動状態制御量は車両の加速度を制御するための制御量である。また、運動状態量は車輪の転舵角であり、かつ運動状態制御量は車輪の転舵速度を制御するための制御量であってもよい。
【０００７】
このような本発明においては、運転者が操作部材を操作すると、目標運動状態量計算手段が操作部材の変位位置に応じて車両の目標運動状態量（例えば、車両の目標走行速度、目標転舵角など）を計算し、運動状態制御量計算手段がこの計算した目標運動状態量と車両の現在の運動状態量との偏差に応じて運動状態制御量（例えば、運動状態量の微分値である車両の加速度、転舵速度などを制御するための制御量）を計算する。そして、運動状態変更制御手段が、前記計算した運動状態制御量を用いて運動状態変更装置を制御して、車両の運動状態を前記計算した目標運動状態量に設定する。これにより、車両の運動状態が操作部材の操作位置に応じて変更され、しかもその変更は目標運動状態量と車両の現在の運動状態量との偏差に応じて制御されるので、操作部材の操作に応じて車両の運動状態が的確に変更される。
【０００８】
一方、目標位置計算手段は現在の車両の運動状態量を変数として第１関数に関連した第３関数（例えば、第１関数の逆関数）に従って操作部材の目標位置を計算し、反力計算手段は前記計算した目標位置と位置センサによって検出された操作部材の変位位置との偏差を変数として第２関数に関連した第４関数（例えば、第２関数に比例した関数）に従って操作部材に付与されるべき反力を計算する。そして、反力制御手段が反力付与装置を制御して、操作部材に前記計算した反力が付与されるようする。これにより、操作部材に対する反力は、現在の運動状態量および車両の運動状態の変化に応じたものとなり、運転者はこの反力を実感しながら操作部材を操作することになるので、操作部材の操作が適切に行われるようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による車両の運転装置の一実施形態について説明する。この運転装置は、図１および図２に示した操作部材としての操作レバー（ジョイスティック）１０を備えている。操作レバー１０は、車両の運転席近傍に設けられ、図１に矢印で示したように、運転者により全体を車体に対して前後方向（Ｘ方向）および左右方向（Ｙ方向）に傾動（回動）させられるようになっている。
【００１０】
図２は、上記操作レバー１０を含む操作レバー装置の概略斜視図を示している。上記操作レバー１０は、円柱棒状のロッド１０ａと、同ロッド１０ａの上部外周上に固定された円柱状の把持部１０ｂとを備えている。ロッド１０ａは略中央部に球状部１０ｃを備えていて、同球状部１０ｃにて車体に対して左右および前後方向に回動可能に支持されている。なお、ロッド１０ａの軸方向が鉛直上下方向に沿う場合、操作レバー１０の回動位置はその回動方向中央位置である中立位置にあるものと定義される。
【００１１】
また、操作レバー装置は、操作レバー１０の車体前後方向（Ｘ方向）の回動に対する反力（中立位置から車体前後方向に回動させようとする運転者の操作力に対抗する力）を発生する前後方向反力発生機構２０を備えている。この前後方向反力発生機構２０は、ガイドプレート２１、回転軸２２、第１歯車２３、第２歯車２４および電動モータ（前後反力用モータ）２５を備えている。
【００１２】
ガイドプレート２１は、Ｌ字状に屈曲されてなる板状部材であり、回転軸２２が固定された面は鉛直面内に存在するように配置され、水平方向に存在するように配置される面に前記ロッド１０ａの直径より若干だけ大きい幅を有して車体左右方向に長手方向を有する溝２１ａが設けられ、同溝２１ａ内をロッド１０ａが貫通するように構成されている。回転軸２２は、その軸線が車体左右方向に沿うとともに、前記操作レバー１０の球状部１０ｃの中心を通るように車体に対して回転可能に支持されていて、中央部に第１歯車２３を一体的に備えている。この第１歯車２３は電動モータ２５の回転軸に固定された第２歯車２４に噛合している。
【００１３】
このような構成により、操作レバー１０は車体に対して前後方向（Ｘ方向）に回動可能に支持されるとともに、電動モータ２５の回転により（電動モータ２５の発生トルクにより）ガイドプレート２１が回転軸２２回りに回動し、これにより、操作レバー１０が前後方向に回動するようになっている。
【００１４】
回転軸２２の端部位置においては、変位位置センサ２６が車体に固定されている。変位位置センサ２６は、回転角センサによって構成されていて、回転軸２２の回転角を操作レバー１０の前後方向の変位位置Ｘとして検出するようになっている。なお、操作レバー１０が前後方向の中立位置にあるとき変位位置Ｘは「０」となり、前方に変位するに従って変位位置Ｘは負にて減少（負の絶対値が増加）するとともに、後方に変位するに従って変位位置Ｘは正にて増加するように、変位位置センサ２６の出力が調整されている。そして、変位位置Ｘは、「０」および正の領域において、「０」から増加する目標車速Ｖmに対応している（図１参照）。また、変位位置Ｘは、その負の領域においては、その絶対値｜Ｘ｜が大きくなるに従って増加する車両の減速度に対応する。
【００１５】
さらに、操作レバー装置は、操作レバー１０の車体左右方向（Ｙ方向）の回動に対する反力（中立位置から車体左右方向に回動させようとする運転者の操作力に対抗する力）を発生する左右方向反力発生機構３０を備えている。この左右方向反力発生機構３０は、ガイドプレート３１、回転軸３２、第３歯車３３、第４歯車３４および電動モータ（左右反力用モータ）３５を備えている。
【００１６】
ガイドプレート３１は、Ｌ字状に屈曲されてなる板状部材であり、回転軸３２が固定された面は鉛直面内に存在するように配置され、水平方向に存在するように配置される面に前記ロッド１０ａの直径より若干だけ大きい幅を有して車体前後方向に長手方向を有する溝３１ａが設けられ、同溝３１ａ内をロッド１０ａが貫通するように構成されている。回転軸３２は、その軸線が車体前後方向に沿うとともに、前記操作レバー１０の球状部１０ｃの中心を通るように車体に対して回転可能に支持されていて、中央部に第３歯車３３を一体的に備えている。この第３歯車３３は電動モータ３５の回転軸に固定された第４歯車３４に噛合している。
【００１７】
このような構成により、操作レバー１０は車体に対して左右方向（Ｙ方向）に回動可能に支持されるとともに、電動モータ３５の回転により（電動モータ３５の発生トルクにより）ガイドプレート３１が回転軸３２回りに回動し、これにより、操作レバー１０が左右方向に回動するようになっている。
【００１８】
回転軸３２の端部位置においては、変位位置センサ３６が車体に固定されている。変位位置センサ３６は、回転角センサによって構成されていて、回転軸３２の回転角を操作レバー１０の左右方向の変位位置Ｙとして検出するようになっている。なお、操作レバー１０が左右方向の中立位置にあるとき変位位置Ｙは「０」となり、右方に変位するに従って変位位置Ｙは正にて増加するとともに、左方に変位するに従って変位位置Ｙは負にて減少（負の絶対値が増加）するように、変位位置センサ３６の出力が調整されている。そして、変位位置Ｙは、「０」にて転舵輪ＦＷ，ＦＷの中立状態に対応し、その正の領域において、増加するに従って増加する転舵輪ＦＷ，ＦＷの右方向の転舵角に対応している。また、変位位置Ｙは、その負の領域においては、その絶対値｜Ｙ｜が増加するに従って増加する転舵輪ＦＷ，ＦＷの左方向の転舵角に対応している。
【００１９】
次に、この車両の運転装置の電気制御部について図３を用いて説明する。電気制御部は、前述した変位位置センサ２６，３６に加えて、車速センサ４１および転舵角センサ４３を備えている。車速センサ４１は、実車速Ｖを検出して、実車速Ｖを表す検出信号を出力する。転舵角センサ４２は、転舵輪ＦＷ，ＦＷの実転舵角θを検出して、実転舵角θを表す検出信号を出力する。なお、この実転舵角θは、転舵輪ＦＷ，ＦＷが中立状態にあるとき「０」となり、転舵輪ＦＷ，ＦＷの右方向の転舵角を正で表すとともに、転舵輪ＦＷ，ＦＷの左方向の転舵角を負で表す。
【００２０】
これらの各センサ２６，３６，４１，４２は、電気制御装置５０に接続されている。電気制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェースなどを有するマイクロコンピュータによって構成され、図４，５のプログラムを実行することにより、前記各センサ２６，３６，４１，４２からの各種信号を入力して、ドライブ回路６１，６２、エンジン制御装置６３、ブレーキ制御装置６４およびステアリング制御装置６５を制御する。
【００２１】
ドライブ回路６１，６２は、前後方向反力発生機構２０の電動モータ２５および左右方向反力発生機構３０の電動モータ３５をそれぞれ駆動制御する。エンジン制御装置６３は、スロットル開度を制御するスロットルアクチュエータ７１を制御する。特に、本実施形態においては、このスロットルアクチュエータ７１は、車両を加速制御（アクセル制御）するために利用されている。ブレーキ制御装置６４は、車両に制動力を付与するためのブレーキアクチュエータ７２を制御する。ステアリング制御装置６５は、転舵輪ＦＷ，ＦＷの転舵用アクチュエータとしての電動モータ７３を駆動制御する。電動モータ７３は、転舵輪ＦＷ，ＦＷを転舵するための転舵機構に組み込まれて、その回転方向により同転舵機構を駆動して転舵輪ＦＷ，ＦＷを左右に転舵する。
【００２２】
これらのエンジン制御装置６３、ブレーキ制御装置６４およびステアリング制御装置６５も、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェースなどを有するマイクロコンピュータを主な構成部品とし、図示しない各種制御プログラム処理により各アクチュエータ７１〜７３をそれぞれ制御する。
【００２３】
次に、上記のように構成した実施形態の動作を図４，５のフローチャートを参照しながら説明する。運転者がイグニッションスイッチ（図示しない）をオンすると、電気制御装置は、図４の加減速制御プログラムおよび図５の転舵制御プログラムをそれぞれ所定の短時間ごとに繰返し実行し始める。
【００２４】
加減速制御プログラムの実行はステップ１００にて開始され、電気制御装置５０は、ステップ１０２にて、変位位置センサ２６から操作レバー１０の現在の前後方向（Ｘ方向）の変位位置Ｘを入力するとともに、車速センサ４１から実車速Ｖを入力する。次に、ステップ１０４にて、関数Ｇ₁(ｚ)＝Ｋv・ｚを用いるとともに変数ｚを変位位置Ｘとして、目標車速Ｖm＝Ｇ₁(Ｘ) ＝Ｋv・Ｘを計算する。ただし、Ｋvは予め決められた正の定数である。
【００２５】
なお、関数Ｇ₁(Ｘ)は、前記のような目標車速Ｖmと変位位置Ｘとが比例関係にあるものに限らず、種々の関係にある関数を利用できる。例えば、変位位置Ｘが大きくなるに従って、変位位置Ｘの変化に対する目標車速Ｖmの変化が小さくなるような関数を利用することもできる。このような場合、電気制御装置５０内に変位位置Ｘに対する目標車速Ｖmの変化特性を表すマップまたはテーブルを設けておき、同マップまたはテーブルを参照することにより、変位位置Ｘに対応した目標車速Ｖmを計算するようにするとよい。
【００２６】
前記ステップ１０４の処理後、ステップ１０６にて、関数Ｈ₁(ｚ)＝Ｋa・ｚを用いるとともに変数ｚを前記計算した目標車速Ｖmと前記入力した実車速Ｖとの偏差Ｖm−Ｖとして、加速度α＝Ｈ₁(Ｖm−Ｖ)＝Ｋa・(Ｖm−Ｖ)を計算する。ただし、Ｋaは予め決められた正の定数である。この場合、目標車速Ｖmが実車速Ｖよりも大きくて偏差Ｖm−Ｖが正であれば、加速度αは正の値となり、車両は加速制御される。逆に、目標車速Ｖmが実車速Ｖよりも小さくて偏差Ｖm−Ｖが負であれば、加速度αは負の値となり、車両は減速制御（制動制御）される。
【００２７】
なお、関数Ｈ₁(Ｖm−Ｖ)は、前記のような加速度αと偏差Ｖm−Ｖとが比例関係にあるものに限らず、種々の関係にある関数を利用できる。例えば、実車速Ｖおよび／または偏差Ｖm−Ｖが大きくなるに従って、偏差Ｖm−Ｖの変化に対する加速度αの変化が大きくなるような関数を利用することもできる。このような場合、電気制御装置５０内に偏差Ｖm−Ｖに対する加速度αの変化特性が実車速Ｖおよび／または偏差Ｖm−Ｖに応じて変化するマップまたはテーブルを設けておき、同マップまたはテーブルを参照することにより、偏差Ｖm−Ｖに対応した目標車速Ｖmを計算するようにするとよい。これにより、実車速Ｖおよび／または偏差Ｖm−Ｖにあった急な加減速が可能になる。
【００２８】
前記ステップ１０６の処理後、ステップ１０８にて、変位位置Ｘが「０」以上であるかを判定する。変位位置Ｘが正であれば、ステップ１０８にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップ１１０に進む。ステップ１１０においては、実車速Ｖが目標車速Ｖmになるまで、前記計算した加速度αに応じて車両を加減速制御する。この加減速制御においては、加速度αが正であれば、エンジン制御装置６３に加速度αを表す制御信号を出力し、ブレーキ制御装置６４に制動解除を表す制御信号を出力する。この場合、エンジン制御装置６３はスロットルアクチュエータ７１を制御して、加速度αで車両が加速されるようにスロットル開度を調整制御する。これにより、車両は加速度αで加速されて、車両の実車速Ｖは目標車速Ｖmになる。一方、ブレーキ制御装置６４はブレーキアクチュエータ７２を制御して、車両に制動力が作用しないようにする。
【００２９】
また、加速度αが負すなわち車両を減速制御すべき場合であれば、電気制御装置５０は、エンジン制御装置６３およびブレーキ制御装置６４に加速度αを表す制御信号を出力する。そして、エンジン制御装置６３およびブレーキ制御装置６４は、協働して加速度αで車両が加速されるようにスロットルアクチュエータ７１およびブレーキアクチュエータ７２をそれぞれ制御する。具体的には、スロットル開度を小さくすることによって加速度α（＜０）で車両が加速（実際には減速）されるならば、ブレーキアクチュエータ７２による制動制御を解除して、スロットルアクチュエータ７１を制御してスロットル開度のみを小さくさせる。一方、スロットル開度を小さくするだけでは加速度α（＜０）で車両が加速（実際には減速）されないならば、スロットルアクチュエータ７１を制御してスロットル開度を最小にしたうえで、ブレーキアクチュエータ７２を制御して車両に制動力を付与する。これにより、車両は加速度αで加速されて（実際には減速されて）、車両の実車速Ｖが目標車速Ｖmになるように減速制御される。
【００３０】
このような制御により、操作レバー１０をその中立位置から後方側において前後方向に操作すると、操作レバー１０の変位位置Ｘに対応しかつ関数Ｇ₁(Ｘ)によって定義される目標車速Ｖmが計算されて、実車速Ｖがこの目標車速Ｖmに等しくなるように、車両が加減速制御される。また、この加減速制御においては、目標車速Ｖmと実車速Ｖとの偏差Ｖm−Ｖに対応しかつ関数Ｈ₁(Ｖm−Ｖ)によって定義される加速度αで、車両が加減速される。したがって、車両は、この操作レバー１０の前後方向の操作により、加減速制御されて実車速Ｖが的確に変更される。
【００３１】
また、前記ステップ１０８にて「Ｎｏ」すなわち操作レバー１０の変位位置Ｘが負であると判定されると、ステップ１１２に進む。ステップ１１２においては、実車速Ｖが「０」になるまで加速度α（＜０）で減速制御される。言い換えれば、車速が負になることはないので、変位位置Ｘが負であれば、加速制御は行われない。具体的には、電気制御装置５０は、エンジン制御装置６３を介してスロットルアクチュエータ７１を制御し、スロットル開度を最小に保つ。また、電気制御装置５０は、加速度αを表す制御信号をブレーキ制御装置６４に出力する。ブレーキ制御装置６４は、ブレーキアクチュエータ７２を制御して、加速度αで車両が加速（実際には減速）されるように、車両に制動力を付与する。これにより、運転者が操作レバー１０を基準位置よりも前方に変位させれば、加速度α（＜０）の絶対値｜α｜は大きくなり、車両は急減速される。
【００３２】
前記ステップ１１０またはステップ１１２の処理後、電気制御装置５０は、ステップ１１４にて、前記関数Ｇ₁(ｚ)の逆関数Ｇ₁ ^-1(ｚ)を用いるとともに変数ｚを前記入力した実車速Ｖとして、目標変位位置Ｘm＝Ｇ₁ ^-1(Ｖ) ＝Ｖ／Ｋvを計算する。
【００３３】
次に、ステップ１１６にて、前記関数Ｈ₁(ｚ)に比例した関数Ｋfx・Ｈ₁(ｚ)を用いるとともに、変数ｚを前記計算した目標変位位置Ｘmと前記入力した変位位置Ｘとの偏差Ｘm−Ｘとして、下記数１の演算の実行により前後方向反力Ｆxを計算する。
【００３４】
【数１】
Ｆx＝Ｋfx・Ｈ₁(Ｘm−Ｘ)−Ｋox・Ｘ
【００３５】
前記数１中の係数Ｋfxは、予め決められた正の比例係数である。また、同数１中の右辺の項「−Ｋox・Ｘ」は操作レバー１０を開放（手放しなど）したとき、操作レバー１０が自動的に徐々に前後方向の基準位置（Ｘ＝０の位置）に戻るようにするために、操作レバー１０に与えられる復帰力に対応する。そして、係数Ｋoxは、予め決められた正の定数である。なお、本実施形態では、係数Ｋfxを定数としたが、同係数Ｋfxを、変位位置Ｘ、偏差Ｘm−Ｘまたは実車速Ｖに応じて変化させるようにしてもよい。この場合、係数Ｋfxの変位位置Ｘ、偏差Ｘm−Ｘまたは実車速Ｖに対する変化特性をマップまたはテーブルとして記憶しておき、前記数１の演算処理時にマップまたはテーブルを参照して、変位位置Ｘ、偏差Ｘm−Ｘまたは実車速Ｖに対応した係数Ｋfxを決定するとよい。
【００３６】
また、変位位置Ｘは目標車速Ｖmに対応するとともに、実車速Ｖは前述した制御により目標車速Ｖmに一致するように制御されるので、変位位置Ｘに代えて実車速Ｖを用いて下記数２の演算により反力を計算するようにしてもよい。
【００３７】
【数２】
Ｆx＝Ｋfx・Ｈ₁(Ｘm−Ｘ)−Ｋox・Ｖ
【００３８】
前記ステップ１１６の処理後、ステップ１１８にて前記計算した反力Ｆxが操作レバーの前後方向に作用するようにドライブ回路６１を制御し、ステップ１２０にてこの加減速制御プログラムの実行を終了する。このステップ１１８の反力制御においては、電気制御装置５０は、電動モータ２５に対して前記計算した反力Ｆxに応じた大きさの電流を同反力Ｆxに対応した方向に流すように、ドライブ回路６１を制御する。これにより、電動モータ２５には、ドライブ回路６１の制御により前記計算された反力Ｆxに応じた電流が流され、電動モータ２５は、前記計算された反力Ｆxに応じた電流によって駆動制御される。その結果、電動モータ２５の回転力による反力すなわち前記計算した反力Ｆxが操作レバー１０の前後方向に作用する。
【００３９】
このような反力制御においては、目標車速Ｖmの計算に用いた関数Ｇ₁(ｚ)の逆関数Ｇ₁ ^-1(ｚ)が用いられるとともに、変数ｚを実車速Ｖとして、目標変位位置Ｘm＝Ｇ₁ ^-1(Ｖ)が計算される。そして、加速度αの計算に用いた関数Ｈ₁(ｚ)に比例した関数Ｋfx・Ｈ₁(ｚ)が用いられるとともに、変数ｚを目標変位位置Ｘmと実際の変位位置Ｘとの偏差Ｘm−Ｘとして前後方向反力Ｆxが計算されて、操作レバー１０に同前後方向反力Ｆxが付与される。その結果、操作レバー１０に対する前後方向反力Ｆxは、現在の実車速Ｖおよびその変化速度（加減速度）に応じたものとなり、運転者はこの反力を実感しながら操作レバー１０を操作することになるので、操作レバー１０の操作が適切に行われるようになる。
【００４０】
次に、転舵制御プログラムについて説明すると、この転舵制御プログラムの実行は図５のステップ２００にて開始される。この開始後、電気制御装置５０は、ステップ２０２にて、変位位置センサ３６から操作レバー１０の現在の左右方向（Ｙ方向）の変位位置Ｙを入力するとともに、転舵角センサ４２から実転舵角θを入力する。次に、ステップ２０４にて、関数Ｇ₂(ｚ)＝Ｋd・ｚを用いるとともに変数ｚを変位位置Ｙとして、目標転舵角θm＝Ｇ₂(Ｙ)＝Ｋd・Ｙを計算する。ただし、Ｋdは予め決められた正の定数である。
【００４１】
なお、関数Ｇ₂(Ｙ)は、前記のような目標転舵角θmと変位位置Ｙとが比例関係にあるものに限らず、種々の関係にある関数を利用できる。例えば、変位位置Ｙが大きくなるに従って、変位位置Ｙの変化に対する目標転舵角θmの変化が大きくなるような関数を利用することもできる。また、実車速Ｖ、路面摩擦係数μなどの車両の走行状態に応じて変位位置Ｘに対する目標転舵角θmの変化特性が変化する関数を利用してもよい。これらの場合、電気制御装置５０内に変位位置Ｙに対する目標転舵角θmの変化特性を表すマップまたはテーブルを設けたり、同変位位置Ｙに対する目標転舵角θmの変化特性が実車速Ｖ、路面摩擦係数μなどの車両の走行状態によって変化するマップまたはテーブルを設けたりしておき、同マップまたはテーブルを参照することにより、変位位置Ｙに対応した目標転舵角θmを計算するようにするとよい。
【００４２】
前記ステップ２０４の処理後、ステップ２０６にて、関数Ｈ₂(ｚ)＝Ｋb・ｚを用いるとともに、変数ｚを前記計算した目標転舵角θmと前記入力した実転舵角θとの偏差θm−θとして、転舵速度β＝Ｈ₂(θm−θ)＝Ｋb・(θm−θ)を計算する。ただし、Ｋbは予め決められた正の定数である。この場合、目標転舵角θmが実転舵角θよりも大きくて偏差θm−θが正であれば、転舵速度βは正の値となり、転舵輪ＦＷ，ＦＷは右方向に転舵制御される。逆に、目標転舵角θmが実転舵角θよりも小さくて偏差θm−θが負であれば、転舵速度βは負の値となり、転舵輪ＦＷ，ＦＷは左方向に転舵制御される。
【００４３】
なお、関数Ｈ₂(θm−θ)は、前記のような転舵速度βと偏差θm−θとが比例関係にあるものに限らず、種々の関係にある関数を利用できる。例えば、実転舵角θおよび／または偏差θm−θが大きくなるに従って、偏差θm−θの変化に対する転舵速度βの変化が大きくなるような関数を利用することもできる。また、実車速Ｖ、路面摩擦係数μなどの車両の走行状態に応じて偏差θm−θに対する転舵速度βの変化特性が変化する関数を利用してもよい。これらの場合、電気制御装置５０内に偏差θm−θに対する転舵速度βの変化特性を表すマップまたはテーブルを設けたり、同偏差θm−θに対する転舵速度βの変化特性が実車速Ｖ、路面摩擦係数μなどの車両の走行状態によって変化するマップまたはテーブルを設けたりしておき、同マップまたはテーブルを参照することにより、偏差θm−θに対応した転舵速度βを計算するようにするとよい。
【００４４】
前記ステップ２０６の処理後、ステップ２０８にて、実転舵角θが目標転舵角θmになるまで、前記計算した転舵速度βに応じて転舵輪ＦＷ，ＦＷを左右に転舵制御する。この転舵制御においては、ステアリング制御装置６５に転舵速度βを表す制御信号を出力する。ステアリング制御装置６５は電動モータ７３に転舵速度βに応じた制御電流を流して、転舵輪ＦＷ，ＦＷが転舵速度βで転舵されるように電動モータ７３を駆動制御する。これにより、転舵輪ＦＷ，ＦＷは転舵速度βで転舵されて、転舵輪ＦＷ，ＦＷが目標転舵角θmになるように転舵される。
【００４５】
このような制御により、操作レバー１０が左右方向に操作されると、操作レバー１０の変位位置Ｙに対応しかつ関数Ｇ₂(Ｙ)によって定義される目標転舵角θmが計算され、実転舵角θがこの目標転舵角θmに等しくなるように、転舵輪ＦＷ，ＦＷが転舵制御される。また、この転舵制御においては、目標転舵角θmと実転舵角θとの偏差θm−θに対応しかつ関数Ｈ₂(θm−θ)によって定義される転舵速度βで、転舵輪ＦＷ，ＦＷが転舵制御される。したがって、転舵輪ＦＷ，ＦＷは、操作レバー１０の左右方向の操作により、転舵制御されて、転舵輪ＦＷ，ＦＷの転舵角θが的確に変更される。
【００４６】
前記ステップ２０８の処理後、電気制御装置５０は、ステップ２１０にて、前記関数Ｇ₂(ｚ)の逆関数Ｇ₂ ^-1(ｚ)を用いるとともに変数ｚを前記入力した実転舵角θとして、目標変位位置Ｙm＝Ｇ₂ ^-1(θ) ＝θ／Ｋdを計算する。
【００４７】
次に、ステップ２１２にて、前記関数Ｈ₂(ｚ)に比例した関数Ｋfy・Ｈ₂(ｚ)を用いるとともに、変数ｚを前記計算した目標変位位置Ｙmと前記入力した変位位置Ｙとの偏差Ｙm−Ｙとして、下記数３の演算の実行により左右方向反力Ｆyを計算する。
【００４８】
【数３】
Ｆy＝Ｋfy・Ｈ₂(Ｙm−Ｙ)−Ｋoy・Ｙ
【００４９】
前記数３中の係数Ｋfyは、予め決められた正の比例係数である。また、同数３中の右辺の項「−Ｋoy・Ｙ」は操作レバー１０を開放（手放しなど）したとき、操作レバー１０が自動的に徐々に左右方向の基準位置（Ｙ＝０の位置）に戻るようにするために、操作レバー１０に与えられる復帰力に対応する。そして、係数Ｋoyは、予め決められた正の定数である。なお、変位位置Ｙは目標転舵角θmに対応するとともに、実転舵角θは前述した制御により目標転舵角θmに一致するように制御されるので、変位位置Ｙに代えて実転舵角θを用いて下記数４の演算により反力を計算するようにしてもよい。
【００５０】
【数４】
Ｆy＝Ｋfy・Ｈ₂(Ｙm−Ｙ)−Ｋoy・θ
【００５１】
前記ステップ２１２の処理後、ステップ２１４にて前記計算した反力Ｆyが操作レバーの左右方向に作用するようにドライブ回路６２を制御し、ステップ２１６にてこの転舵制御プログラムの実行を終了する。このステップ２１４の反力制御においては、電気制御装置５０は、電動モータ３５に対して前記計算した反力Ｆyに応じた大きさの電流を同反力Ｆyに対応した方向に流すように、ドライブ回路６２を制御する。これにより、電動モータ３５には、ドライブ回路６２の制御により前記計算された反力Ｆxに応じた電流が流され、電動モータ３５は、前記計算された反力Ｆyに応じた電流によって駆動制御されることになる。その結果、電動モータ３５の回転力による反力すなわち前記計算した反力Ｆyが操作レバー１０の左右方向に作用する。
【００５２】
このような反力制御においては、目標転舵角θmの計算に用いた関数Ｇ₂(ｚ)の逆関数Ｇ₂ ^-1(ｚ)が用いられるとともに、変数ｚを実転舵角θとして、目標変位位置Ｙm＝Ｇ₂ ^-1(θ)が計算される。そして、転舵速度βの計算に用いた関数Ｈ₂(ｚ)に比例した関数Ｋfy・Ｈ₂(ｚ)が用いられるとともに、変数ｚを目標変位位置Ｙmと実際の変位位置Ｙとの偏差Ｙm−Ｙとして、左右方向反力Ｆyが計算されて、操作レバー１０に同左右方向反力Ｆyが付与される。その結果、操作レバー１０に対する左右方向反力Ｆyは、現在の実転舵角θおよびその変化速度（転舵速度）に応じたものとなり、運転者はこの反力を実感しながら操作レバー１０を操作することになるので、操作レバー１０の操作が適切に行われるようになる。
【００５３】
また、上記実施形態においては、ジョイスティック状の操作レバー１０の前後および左右への操作により、車速および転舵角を制御するようにした。しかし、車速および転舵角を独立した操作部材の一方向の操作によって別々に制御したり、車速および転舵角のいずれか一方のみを操作部材の一方向の操作によって制御するようにしてもよい。また、手で操作する操作部材でなくても、操作部材として足で操作するものを利用できる。図６および図７は、足操作用のペダル状の操作部材１０Ａ、１０Ｂを概略図により示している。図７の操作部材１０Ｂにおいては、操作部材１０Ｂを前後に操作し易くするために、２枚プレートの間に足が入るように工夫されている。なお、これらの操作部材１０Ａ，１０Ｂはいずれも車速を制御する操作部材の例である。
【００５４】
また、操作部材の操作方向も種々の方向を採用できる。例えば、通常の操舵ハンドルのような円形の操作部材を用いて、軸線回りに回転する回転変位位置に応じて車速または転舵角を制御するようにしてもよい。また、操作部材の操作によって制御される車両の運動状態量としては、車速および転舵角に限られるものではなく、種々の車両の運動状態量を制御する装置に適用できる。
【００５５】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る運転装置の操作レバーの概略図である。
【図２】図１の操作レバーを含む操作レバー装置の概略斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る運転装置の電気制御部を示すブロック図である。
【図４】図３の電気制御装置によって実行される加減速制御プログラムを示すフローチャートである。
【図５】図３の電気制御装置によって実行される転舵制御プログラムを示すフローチャートである。
【図６】操作部材の変形例を示す概略図である。
【図７】操作部材の他の変形例を示す概略図である。
【符号の説明】
１０…操作レバー、１０Ａ，１０Ｂ…操作部材、２０…前後方向反力発生機構、３０…左右方向反力発生機構、２５，３５，７３…電動モータ、２６，３６…変位位置センサ、４１…車速センサ、４２…転舵角センサ、５０…電気制御装置（マイクロコンピュータ）、６３…エンジン制御装置、６４…ブレーキ制御装置、６５…ステアリング制御装置、７１…スロットルアクチュエータ、７２…ブレーキアクチュエータ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention changes and controls the amount of motion state of the vehicle such as the traveling speed of the vehicle, the turning angle of the wheel, etc. according to the displacement position of the operation member operated by the driver, The present invention relates to a driving apparatus for a vehicle that applies a reaction force.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as shown in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-34353, there has been known a vehicle driving device that steers steered wheels to the left and right according to the operation of an operation member such as a joystick to the left and right. Yes. In this operation device, an axial force sensor for detecting an axial force (steering reaction force) accompanying the turning of the steered wheel is assembled to a tie rod that steers the steered wheel according to the axial displacement, A reaction force corresponding to the axial force detected by the force sensor is applied to the operation of the operation member.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional device, since the steering reaction force related to the actual steering of the steered wheels is given to the operation member, the driver can easily operate the operation member. Since an axial force sensor is required, there is a problem that the manufacturing cost increases.
[0004]
[Outline of the present invention]
The present invention has been made in order to cope with the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a reaction force such as the above-described axial force sensor that directly detects a mechanical reaction force accompanying a change in a motion state due to operation of an operation member. An object of the present invention is to provide a vehicle driving apparatus in which an appropriate reaction force is applied to an operation member without using a sensor.
[0005]
In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that a displaceable operation member operated by a driver, a position sensor that detects a displacement position of the operation member, and a reaction force application that applies a reaction force to the operation member. Apparatus, a movement state quantity sensor that detects a movement state quantity that represents the movement state of the vehicle, and a movement state change device that changes the movement state of the vehicle, and controls the movement state of the vehicle according to the operation of the operation member. In addition, in the vehicle driving apparatus in which a reaction force is applied to the operation of the operation member, the target motion state of the vehicle according to a predetermined first function with the displacement position of the operation member detected by the position sensor as a variable A target motion state quantity calculating means for calculating a quantity, and a predetermined second function with a deviation between the calculated target motion state quantity and the vehicle motion state quantity detected by the motion state quantity sensor as a variable. , A motion state control amount calculating means for calculating a motion state control amount for changing the motion state of the vehicle to the calculated target motion state amount, and controlling the motion state changing device using the calculated motion state control amount Movement state change control means, target position calculation means for calculating a target position of the operating member according to a third function related to the first function using the movement state quantity detected by the movement state quantity sensor as a variable, and the calculated target position And a reaction force calculation means for calculating a reaction force to be applied to the operation member according to a fourth function related to the second function using a deviation between the displacement position of the operation member detected by the position sensor as a variable, and the calculated reaction force There is provided reaction force control means for controlling the reaction force applying device using force to apply the calculated reaction force to the operation member.
[0006]
In this case, the motion state control amount may be a control amount for controlling a physical quantity obtained by differentiating the vehicle motion state amount, for example. The third function may be an inverse function of the first function. The fourth function may be proportional to the second function. More specifically, for example, the motion state amount is a traveling speed of the vehicle, and the motion state control amount is a control amount for controlling the acceleration of the vehicle. Further, the motion state amount may be a wheel turning angle, and the motion state control amount may be a control amount for controlling the wheel turning speed.
[0007]
In the present invention, when the driver operates the operation member, the target motion state amount calculation means calculates the target motion state amount of the vehicle (for example, the target travel speed of the vehicle, the target steering) according to the displacement position of the operation member. The motion state control amount calculation means is a motion state control amount (for example, a differential value of the motion state amount in accordance with a deviation between the calculated target motion state amount and the current motion state amount of the vehicle). The control amount for controlling the acceleration, turning speed, etc. of the vehicle is calculated. Then, the motion state change control means controls the motion state change device using the calculated motion state control amount, and sets the motion state of the vehicle to the calculated target motion state amount. Thereby, the motion state of the vehicle is changed according to the operation position of the operation member, and the change is controlled according to the deviation between the target motion state amount and the current motion state amount of the vehicle. Accordingly, the motion state of the vehicle is accurately changed.
[0008]
On the other hand, the target position calculation means calculates the target position of the operating member according to a third function related to the first function (for example, the inverse function of the first function) using the current vehicle motion state quantity as a variable, and the reaction force calculation means. Is given to the operating member according to a fourth function related to the second function (for example, a function proportional to the second function), with the deviation between the calculated target position and the displacement position of the operating member detected by the position sensor as a variable. Calculate the reaction force to be applied. Then, the reaction force control means controls the reaction force applying device so that the calculated reaction force is applied to the operation member. As a result, the reaction force on the operation member is in accordance with the current amount of motion state and the change in the vehicle motion state, and the driver operates the operation member while feeling the reaction force. Will be performed appropriately.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a vehicle driving apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. This driving device includes an operation lever (joystick) 10 as an operation member shown in FIGS. 1 and 2. The operation lever 10 is provided in the vicinity of the driver's seat of the vehicle, and as shown by the arrows in FIG. It can be moved).
[0010]
FIG. 2 is a schematic perspective view of an operation lever device including the operation lever 10. The operation lever 10 includes a cylindrical rod-shaped rod 10a and a cylindrical gripping portion 10b fixed on the upper outer periphery of the rod 10a. The rod 10a includes a spherical portion 10c at a substantially central portion, and is supported by the spherical portion 10c so as to be rotatable in the left and right and front and rear directions with respect to the vehicle body. When the axial direction of the rod 10a is along the vertical vertical direction, the rotation position of the operation lever 10 is defined as being in the neutral position that is the center position in the rotation direction.
[0011]
Further, the operation lever device generates a reaction force against the rotation of the operation lever 10 in the longitudinal direction of the vehicle body (X direction) (a force against the operation force of the driver trying to rotate the vehicle body in the longitudinal direction from the neutral position). The front-rear direction reaction force generating mechanism 20 is provided. The front-rear direction reaction force generation mechanism 20 includes a guide plate 21, a rotary shaft 22, a first gear 23, a second gear 24, and an electric motor (front-rear reaction force motor) 25.
[0012]
The guide plate 21 is a plate-like member that is bent in an L shape, and the surface on which the rotation shaft 22 is fixed is disposed so as to exist in the vertical plane, and is disposed so as to exist in the horizontal direction. A groove 21a having a width slightly larger than the diameter of the rod 10a and having a longitudinal direction in the left-right direction of the vehicle body is provided, and the rod 10a passes through the groove 21a. The rotary shaft 22 is supported so as to be rotatable with respect to the vehicle body so that the axis thereof extends along the left-right direction of the vehicle body and passes through the center of the spherical portion 10c of the operation lever 10, and the first gear 23 is integrated in the center portion. Is prepared. The first gear 23 meshes with a second gear 24 fixed to the rotating shaft of the electric motor 25.
[0013]
With such a configuration, the operation lever 10 is supported so as to be rotatable in the front-rear direction (X direction) with respect to the vehicle body, and the guide plate 21 is rotated by the rotation of the electric motor 25 (by the torque generated by the electric motor 25). By rotating around the shaft 22, the operation lever 10 is rotated in the front-rear direction.
[0014]
At the position of the end of the rotating shaft 22, the displacement position sensor 26 is fixed to the vehicle body. The displacement position sensor 26 is constituted by a rotation angle sensor, and detects the rotation angle of the rotation shaft 22 as the displacement position X of the operation lever 10 in the front-rear direction. When the operation lever 10 is in the neutral position in the front-rear direction, the displacement position X becomes “0”, and the displacement position X decreases negatively (increases the negative absolute value) and displaces backward as it is displaced forward. Accordingly, the output of the displacement position sensor 26 is adjusted so that the displacement position X increases positively. The displacement position X corresponds to the target vehicle speed Vm that increases from “0” in “0” and the positive region (see FIG. 1). Further, the displacement position X corresponds to the deceleration of the vehicle that increases as the absolute value | X | increases in the negative region.
[0015]
Further, the operation lever device generates a reaction force against the rotation of the operation lever 10 in the left-right direction of the vehicle body (Y direction) (a force that opposes the operation force of the driver trying to rotate the vehicle body from the neutral position in the left-right direction). The horizontal reaction force generating mechanism 30 is provided. The left-right direction reaction force generating mechanism 30 includes a guide plate 31, a rotating shaft 32, a third gear 33, a fourth gear 34, and an electric motor (left-right reaction force motor) 35.
[0016]
The guide plate 31 is a plate-like member bent in an L-shape, and the surface on which the rotation shaft 32 is fixed is disposed so as to exist in the vertical plane, and is disposed so as to exist in the horizontal direction. A groove 31a having a width slightly larger than the diameter of the rod 10a and having a longitudinal direction in the longitudinal direction of the vehicle body is provided, and the rod 10a passes through the groove 31a. The rotary shaft 32 is supported so as to be rotatable with respect to the vehicle body so that its axis is along the longitudinal direction of the vehicle body and passes through the center of the spherical portion 10c of the operation lever 10, and the third gear 33 is integrated in the central portion. Is prepared. The third gear 33 meshes with a fourth gear 34 fixed to the rotating shaft of the electric motor 35.
[0017]
With such a configuration, the operation lever 10 is supported so as to be rotatable in the left-right direction (Y direction) with respect to the vehicle body, and the guide plate 31 is rotated by the rotation of the electric motor 35 (by the torque generated by the electric motor 35). By rotating around the shaft 32, the operation lever 10 is rotated in the left-right direction.
[0018]
At the end position of the rotating shaft 32, the displacement position sensor 36 is fixed to the vehicle body. The displacement position sensor 36 is constituted by a rotation angle sensor, and detects the rotation angle of the rotation shaft 32 as the displacement position Y in the left-right direction of the operation lever 10. When the operation lever 10 is in the neutral position in the left-right direction, the displacement position Y becomes “0”, and the displacement position Y increases positively as it moves to the right, and the displacement position Y increases as it moves to the left. The output of the displacement position sensor 36 is adjusted so as to decrease at a negative value (the negative absolute value increases). The displacement position Y corresponds to the neutral state of the steered wheels FW and FW at “0”, and corresponds to the rightward steered angle of the steered wheels FW and FW that increase in the positive region. ing. Further, the displacement position Y corresponds to the left turning angle of the steered wheels FW and FW that increases as the absolute value | Y | increases in the negative region.
[0019]
Next, an electric control unit of the vehicle driving apparatus will be described with reference to FIG. The electric control unit includes a vehicle speed sensor 41 and a turning angle sensor 43 in addition to the displacement position sensors 26 and 36 described above. The vehicle speed sensor 41 detects the actual vehicle speed V and outputs a detection signal representing the actual vehicle speed V. The turning angle sensor 42 detects the actual turning angle θ of the steered wheels FW and FW, and outputs a detection signal representing the actual turning angle θ. The actual turning angle θ is “0” when the steered wheels FW and FW are in a neutral state, and the right steered angle of the steered wheels FW and FW is positive, and the steered wheels FW and FW The steering angle in the left direction is expressed as negative.
[0020]
Each of these sensors 26, 36, 41, 42 is connected to the electric control device 50. The electric control device 50 is constituted by a microcomputer having a CPU, a ROM, a RAM, an interface, etc., and inputs various signals from the sensors 26, 36, 41, 42 by executing the programs of FIGS. Then, the drive circuits 61 and 62, the engine control device 63, the brake control device 64, and the steering control device 65 are controlled.
[0021]
The drive circuits 61 and 62 drive and control the electric motor 25 of the front-rear direction reaction force generation mechanism 20 and the electric motor 35 of the left-right direction reaction force generation mechanism 30, respectively. The engine control device 63 controls a throttle actuator 71 that controls the throttle opening. In particular, in the present embodiment, the throttle actuator 71 is used for acceleration control (acceleration control) of the vehicle. The brake control device 64 controls a brake actuator 72 for applying a braking force to the vehicle. The steering control device 65 drives and controls the electric motor 73 as a steering actuator for the steered wheels FW and FW. The electric motor 73 is incorporated in a turning mechanism for turning the steered wheels FW and FW, and drives the steered mechanism FW and FW left and right by driving the turning mechanism according to the rotation direction.
[0022]
The engine control device 63, the brake control device 64, and the steering control device 65 also have a microcomputer having a CPU, a ROM, a RAM, an interface and the like as main components, and the actuators 71 to 73 are controlled by various control program processes (not shown). Control each one.
[0023]
Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described with reference to the flowcharts of FIGS. When the driver turns on an ignition switch (not shown), the electric control device starts to repeatedly execute the acceleration / deceleration control program of FIG. 4 and the steering control program of FIG. 5 at predetermined short intervals.
[0024]
Execution of the acceleration / deceleration control program is started in step 100, and the electric control device 50 inputs the current displacement position X of the operation lever 10 in the front-rear direction (X direction) from the displacement position sensor 26 in step 102. The actual vehicle speed V is input from the vehicle speed sensor 41. Next, in step 104, the function G₁(z) = Kv · z and the variable z is the displacement position X, and the target vehicle speed Vm = G₁(X) = Kv · X is calculated. However, Kv is a positive constant determined in advance.
[0025]
The function G₁(X) is not limited to the above-described case where the target vehicle speed Vm and the displacement position X are in a proportional relationship, and functions having various relationships can be used. For example, a function can be used in which the change in the target vehicle speed Vm with respect to the change in the displacement position X decreases as the displacement position X increases. In such a case, a map or table representing the change characteristic of the target vehicle speed Vm with respect to the displacement position X is provided in the electric control device 50, and the target vehicle speed Vm corresponding to the displacement position X is referenced by referring to the map or table. Should be calculated.
[0026]
After the process of step 104, at step 106, the function H₁(z) = Ka · z is used, and the variable z is defined as the deviation Vm−V between the calculated target vehicle speed Vm and the input actual vehicle speed V, and the acceleration α = H₁Calculate (Vm−V) = Ka · (Vm−V). However, Ka is a positive constant determined in advance. In this case, if the target vehicle speed Vm is greater than the actual vehicle speed V and the deviation Vm−V is positive, the acceleration α is a positive value, and the vehicle is controlled to be accelerated. Conversely, if the target vehicle speed Vm is smaller than the actual vehicle speed V and the deviation Vm−V is negative, the acceleration α becomes a negative value, and the vehicle is subjected to deceleration control (braking control).
[0027]
Function H₁(Vm−V) is not limited to that in which the acceleration α and the deviation Vm−V are in a proportional relationship, and functions having various relationships can be used. For example, a function can be used in which the change in the acceleration α with respect to the change in the deviation Vm−V increases as the actual vehicle speed V and / or the deviation Vm−V increases. In such a case, a map or table in which the change characteristic of the acceleration α with respect to the deviation Vm-V changes according to the actual vehicle speed V and / or the deviation Vm-V is provided in the electric control device 50, and the map or table is provided. It is preferable to calculate the target vehicle speed Vm corresponding to the deviation Vm−V by referring to it. As a result, rapid acceleration / deceleration suitable for the actual vehicle speed V and / or the deviation Vm−V is possible.
[0028]
After the processing in step 106, it is determined in step 108 whether the displacement position X is “0” or more. If the displacement position X is positive, “Yes” is determined in step 108, and the process proceeds to step 110. In step 110, the vehicle is subjected to acceleration / deceleration control according to the calculated acceleration α until the actual vehicle speed V reaches the target vehicle speed Vm. In this acceleration / deceleration control, if the acceleration α is positive, a control signal indicating the acceleration α is output to the engine control device 63, and a control signal indicating brake release is output to the brake control device 64. In this case, the engine control device 63 controls the throttle actuator 71 to adjust and control the throttle opening so that the vehicle is accelerated at the acceleration α. As a result, the vehicle is accelerated at the acceleration α, and the actual vehicle speed V of the vehicle becomes the target vehicle speed Vm. On the other hand, the brake control device 64 controls the brake actuator 72 so that no braking force acts on the vehicle.
[0029]
If the acceleration α is negative, that is, if the vehicle is to be decelerated, the electric control device 50 outputs a control signal representing the acceleration α to the engine control device 63 and the brake control device 64. Then, the engine control device 63 and the brake control device 64 cooperate to control the throttle actuator 71 and the brake actuator 72 so that the vehicle is accelerated at the acceleration α. Specifically, if the vehicle is accelerated (actually decelerated) at an acceleration α (<0) by reducing the throttle opening, the braking control by the brake actuator 72 is canceled and the throttle actuator 71 is controlled. To reduce only the throttle opening. On the other hand, if the vehicle is not accelerated (actually decelerated) with the acceleration α (<0) simply by reducing the throttle opening, the throttle actuator 71 is controlled to minimize the throttle opening, and then the brake actuator 72 is controlled. Is applied to apply braking force to the vehicle. As a result, the vehicle is accelerated at an acceleration α (actually decelerated), and decelerated and controlled so that the actual vehicle speed V of the vehicle becomes the target vehicle speed Vm.
[0030]
With such control, when the operation lever 10 is operated in the front-rear direction on the rear side from the neutral position, it corresponds to the displacement position X of the operation lever 10 and the function G₁The target vehicle speed Vm defined by (X) is calculated, and the vehicle is subjected to acceleration / deceleration control so that the actual vehicle speed V becomes equal to the target vehicle speed Vm. In this acceleration / deceleration control, the function H corresponds to the deviation Vm−V between the target vehicle speed Vm and the actual vehicle speed V.₁The vehicle is accelerated or decelerated at an acceleration α defined by (Vm−V). Therefore, the vehicle is subjected to acceleration / deceleration control by the operation of the operation lever 10 in the front-rear direction, and the actual vehicle speed V is accurately changed.
[0031]
If “No” in step 108, that is, if the displacement position X of the operating lever 10 is determined to be negative, the routine proceeds to step 112. In step 112, deceleration control is performed at an acceleration α (<0) until the actual vehicle speed V becomes “0”. In other words, since the vehicle speed never becomes negative, if the displacement position X is negative, acceleration control is not performed. Specifically, the electric control device 50 controls the throttle actuator 71 via the engine control device 63 to keep the throttle opening to a minimum. Further, the electric control device 50 outputs a control signal representing the acceleration α to the brake control device 64. The brake control device 64 controls the brake actuator 72 to apply a braking force to the vehicle so that the vehicle is accelerated (actually decelerated) at the acceleration α. Thus, if the driver displaces the operating lever 10 forward from the reference position, the absolute value | α | of the acceleration α (<0) increases and the vehicle is decelerated rapidly.
[0032]
After the process of step 110 or step 112, the electric control device 50 performs the function G in step 114.₁Inverse function G of (z)₁ ^-1(z) and the variable z is the input actual vehicle speed V, and the target displacement position Xm = G₁ ^-1(V) = V / Kv is calculated.
[0033]
Next, in step 116, the function H₁Function Kfx · H proportional to (z)₁(z) is used, and the reaction force Fx in the front-rear direction is calculated by executing the calculation of the following equation 1 with the variable z as the deviation Xm-X between the calculated target displacement position Xm and the input displacement position X.
[0034]
[Expression 1]
Fx = Kfx · H₁(Xm-X) -Kox · X
[0035]
The coefficient Kfx in the equation 1 is a positive proportionality coefficient determined in advance. Also, the term “−Kox · X” on the right side in the number 1 indicates that when the operation lever 10 is released (eg, let go), the operation lever 10 is gradually and gradually moved to the reference position (X = 0 position) in the front-rear direction. In order to make it return, it respond | corresponds to the return force given to the control lever 10. FIG. The coefficient Kox is a predetermined positive constant. In this embodiment, the coefficient Kfx is a constant, but the coefficient Kfx may be changed according to the displacement position X, the deviation Xm-X, or the actual vehicle speed V. In this case, the change characteristics of the coefficient Kfx with respect to the displacement position X, deviation Xm-X or actual vehicle speed V are stored as a map or table, and the displacement position X, A coefficient Kfx corresponding to the deviation Xm-X or the actual vehicle speed V may be determined.
[0036]
Further, the displacement position X corresponds to the target vehicle speed Vm, and the actual vehicle speed V is controlled so as to coincide with the target vehicle speed Vm by the above-described control. The reaction force may be calculated by the following calculation.
[0037]
[Expression 2]
Fx = Kfx · H₁(Xm-X) -Kox · V
[0038]
After the processing in step 116, the drive circuit 61 is controlled so that the calculated reaction force Fx acts in the front-rear direction of the operation lever in step 118, and the execution of this acceleration / deceleration control program is terminated in step 120. In the reaction force control in step 118, the electric control device 50 drives the electric motor 25 so that a current having a magnitude corresponding to the calculated reaction force Fx flows in a direction corresponding to the reaction force Fx. The circuit 61 is controlled. As a result, a current corresponding to the calculated reaction force Fx flows through the electric motor 25 under the control of the drive circuit 61, and the electric motor 25 is driven and controlled by a current corresponding to the calculated reaction force Fx. The As a result, the reaction force due to the rotational force of the electric motor 25, that is, the calculated reaction force Fx acts in the front-rear direction of the operation lever 10.
[0039]
In such reaction force control, the function G used to calculate the target vehicle speed Vm₁Inverse function G of (z)₁ ^-1(z) is used, the variable z is the actual vehicle speed V, and the target displacement position Xm = G₁ ^-1(V) is calculated. The function H used for calculating the acceleration α₁Function Kfx · H proportional to (z)₁(z) is used, and the reaction force Fx in the front-rear direction is calculated with the variable z as the deviation Xm-X between the target displacement position Xm and the actual displacement position X. Is done. As a result, the longitudinal reaction force Fx with respect to the operation lever 10 corresponds to the current actual vehicle speed V and its changing speed (acceleration / deceleration), and the driver operates the operation lever 10 while feeling this reaction force. Therefore, the operation of the operation lever 10 is appropriately performed.
[0040]
Next, the steering control program will be described. Execution of this steering control program is started at step 200 in FIG. After this start, the electric control device 50 inputs the current left / right (Y direction) displacement position Y of the operation lever 10 from the displacement position sensor 36 in step 202, and actually turns from the turning angle sensor 42. Enter the angle θ. Next, in step 204, the function G₂(z) = Kd · z is used and the variable z is the displacement position Y, and the target turning angle θm = G₂(Y) = Kd · Y is calculated. Here, Kd is a predetermined positive constant.
[0041]
The function G₂(Y) is not limited to that in which the target turning angle θm and the displacement position Y have a proportional relationship as described above, and functions having various relationships can be used. For example, a function that increases the change in the target turning angle θm with respect to the change in the displacement position Y as the displacement position Y increases can be used. Further, a function that changes the change characteristic of the target turning angle θm with respect to the displacement position X in accordance with the traveling state of the vehicle such as the actual vehicle speed V and the road surface friction coefficient μ may be used. In these cases, a map or table representing the change characteristic of the target turning angle θm with respect to the displacement position Y is provided in the electric control device 50, or the change characteristic of the target turning angle θm with respect to the displacement position Y is the actual vehicle speed V, road surface. A map or table that varies depending on the running state of the vehicle, such as the friction coefficient μ, may be provided, and the target turning angle θm corresponding to the displacement position Y may be calculated by referring to the map or table. .
[0042]
After the process of step 204, at step 206, the function H₂(z) = Kb · z and the variable z is the deviation θm−θ between the calculated target turning angle θm and the input actual turning angle θ, and the turning speed β = H₂(θm−θ) = Kb · (θm−θ) is calculated. However, Kb is a predetermined positive constant. In this case, if the target turning angle θm is larger than the actual turning angle θ and the deviation θm−θ is positive, the turning speed β is a positive value, and the steered wheels FW and FW are steered to the right. Is done. Conversely, if the target turning angle θm is smaller than the actual turning angle θ and the deviation θm−θ is negative, the turning speed β becomes a negative value, and the steered wheels FW and FW are steered in the left direction. Is done.
[0043]
Function H₂(θm−θ) is not limited to that in which the steering speed β and the deviation θm−θ are in a proportional relationship as described above, and functions having various relationships can be used. For example, a function can be used in which the change in the turning speed β with respect to the change in the deviation θm−θ increases as the actual turning angle θ and / or the deviation θm−θ increases. Further, a function that changes the change characteristic of the turning speed β with respect to the deviation θm−θ according to the traveling state of the vehicle such as the actual vehicle speed V and the road surface friction coefficient μ may be used. In these cases, a map or a table indicating the change characteristic of the turning speed β with respect to the deviation θm−θ is provided in the electric control device 50, or the change characteristic of the turning speed β with respect to the deviation θm−θ is the actual vehicle speed V, road surface. A map or table that varies depending on the vehicle running state such as the friction coefficient μ may be provided, and the steering speed β corresponding to the deviation θm−θ may be calculated by referring to the map or table. .
[0044]
After the processing in step 206, in step 208, the steered wheels FW and FW are steered left and right in accordance with the calculated steered speed β until the actual steered angle θ reaches the target steered angle θm. In this turning control, a control signal representing the turning speed β is output to the steering control device 65. The steering control device 65 controls the drive of the electric motor 73 so that the steered wheels FW and FW are steered at the steered speed β by supplying a control current corresponding to the steered speed β to the electric motor 73. Thereby, the steered wheels FW and FW are steered at the steered speed β, and the steered wheels FW and FW are steered so as to have the target steered angle θm.
[0045]
By such control, when the operation lever 10 is operated in the left-right direction, it corresponds to the displacement position Y of the operation lever 10 and the function G₂The target turning angle θm defined by (Y) is calculated, and the steered wheels FW and FW are steered so that the actual turning angle θ becomes equal to the target turning angle θm. Further, in this turning control, the function H corresponds to the deviation θm−θ between the target turning angle θm and the actual turning angle θ.₂The steered wheels FW and FW are steered at a steered speed β defined by (θm−θ). Therefore, the steered wheels FW and FW are steered by the operation of the operation lever 10 in the left-right direction, and the steered angles θ of the steered wheels FW and FW are appropriately changed.
[0046]
After the process of step 208, the electric control device 50 performs the function G in step 210.₂Inverse function G of (z)₂ ^-1(z) and the variable z as the input actual turning angle θ, the target displacement position Ym = G₂ ^-1(θ) = θ / Kd is calculated.
[0047]
Next, in step 212, the function H₂Function Kfy / H proportional to (z)₂(z) is used, and the reaction force Fy in the left-right direction is calculated by executing the calculation of the following equation 3 with the variable z as the deviation Ym-Y between the calculated target displacement position Ym and the input displacement position Y.
[0048]
[Equation 3]
Fy = Kfy ・ H₂(Ym-Y) -Koy / Y
[0049]
The coefficient Kfy in Equation 3 is a predetermined positive proportional coefficient. Further, the term “−Koy · Y” on the right side of the number 3 indicates that when the operation lever 10 is released (eg, let go), the operation lever 10 is gradually and gradually moved to the reference position in the left-right direction (Y = 0 position). In order to make it return, it respond | corresponds to the return force given to the operating lever 10. The coefficient Koy is a predetermined positive constant. The displacement position Y corresponds to the target turning angle θm, and the actual turning angle θ is controlled so as to coincide with the target turning angle θm by the above-described control. The reaction force may be calculated by the following equation 4 using the angle θ.
[0050]
[Expression 4]
Fy = Kfy ・ H₂(Ym−Y) −Koy · θ
[0051]
After the process in step 212, the drive circuit 62 is controlled so that the calculated reaction force Fy acts in the left-right direction of the operation lever in step 214, and the execution of this steering control program is terminated in step 216. In the reaction force control in step 214, the electric control device 50 drives the electric motor 35 so that a current having a magnitude corresponding to the calculated reaction force Fy flows in a direction corresponding to the reaction force Fy. The circuit 62 is controlled. As a result, a current corresponding to the calculated reaction force Fx is caused to flow through the electric motor 35 by the control of the drive circuit 62, and the electric motor 35 is driven and controlled by a current corresponding to the calculated reaction force Fy. Will be. As a result, the reaction force due to the rotational force of the electric motor 35, that is, the calculated reaction force Fy acts in the left-right direction of the operation lever 10.
[0052]
In such reaction force control, the function G used to calculate the target turning angle θm₂Inverse function G of (z)₂ ^-1(z) is used, and the target displacement position Ym = G with the variable z as the actual turning angle θ.₂ ^-1(θ) is calculated. And the function H used to calculate the turning speed β₂Function Kfy / H proportional to (z)₂(z) is used, and the variable z is the deviation Ym-Y between the target displacement position Ym and the actual displacement position Y, the left-right reaction force Fy is calculated, and the left-right reaction force Fy is applied to the operating lever 10. Is granted. As a result, the left-right direction reaction force Fy with respect to the operation lever 10 is in accordance with the current actual turning angle θ and its changing speed (steering speed), and the driver operates the operation lever 10 while feeling this reaction force. Since the operation is performed, the operation lever 10 is appropriately operated.
[0053]
In the above embodiment, the vehicle speed and the turning angle are controlled by operating the joystick-shaped operation lever 10 in the front-rear and left-right directions. However, the vehicle speed and the turning angle may be separately controlled by one-way operation of independent operation members, or only one of the vehicle speed and the turning angle may be controlled by one-way operation of the operation member. . Moreover, what is operated with a foot | leg as an operation member can be utilized even if it is not an operation member operated by hand. 6 and 7 schematically show pedal-like operation members 10A and 10B for foot operation. In the operation member 10B of FIG. 7, in order to make it easy to operate the operation member 10B forward and backward, it is devised so that a foot may enter between two plates. These operating members 10A and 10B are examples of operating members that control the vehicle speed.
[0054]
In addition, various directions can be adopted as the operation direction of the operation member. For example, the vehicle speed or the turning angle may be controlled using a circular operation member such as a normal steering handle in accordance with the rotational displacement position that rotates about the axis. Further, the motion state quantity of the vehicle controlled by the operation of the operation member is not limited to the vehicle speed and the turning angle, and can be applied to an apparatus for controlling various motion state quantities of the vehicle.
[0055]
Furthermore, in carrying out the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiment and its modifications, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an operation lever of a driving device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic perspective view of an operation lever device including the operation lever of FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing an electric control unit of the operating device according to the embodiment of the present invention.
4 is a flowchart showing an acceleration / deceleration control program executed by the electric control device of FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a flowchart showing a steering control program executed by the electric control device of FIG. 3;
FIG. 6 is a schematic view showing a modification of the operation member.
FIG. 7 is a schematic view showing another modification of the operation member.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Operation lever, 10A, 10B ... Operation member, 20 ... Front-rear direction reaction force generation mechanism, 30 ... Left-right direction reaction force generation mechanism, 25, 35, 73 ... Electric motor, 26, 36 ... Displacement position sensor, 41 ... Vehicle speed DESCRIPTION OF SYMBOLS 42 ... Steering angle sensor, 50 ... Electric control apparatus (microcomputer), 63 ... Engine control apparatus, 64 ... Brake control apparatus, 65 ... Steering control apparatus, 71 ... Throttle actuator, 72 ... Brake actuator

Claims

A displaceable operating member operated by the driver;
A position sensor for detecting a displacement position of the operation member;
A reaction force applying device for applying a reaction force to the operation member;
A motion state amount sensor for detecting a motion state amount representing a motion state of the vehicle;
A vehicle that includes a motion state change device that changes the motion state of the vehicle, changes and controls the motion state of the vehicle according to the operation of the operation member, and applies a reaction force to the operation of the operation member In the driving device of
A target motion state quantity calculating means for calculating a target motion state quantity of the vehicle according to a predetermined first function using the displacement position of the operation member detected by the position sensor as a variable;
The vehicle motion state is changed to the calculated target motion state amount according to a predetermined second function using a deviation between the calculated target motion state amount and the vehicle motion state amount detected by the motion state amount sensor as a variable. A motion state control amount calculating means for calculating a motion state control amount for
Exercise state change control means for controlling the exercise state change device using the calculated exercise state control amount;
Target position calculation means for calculating a target position of the operating member according to a third function related to the first function, using the movement state quantity detected by the movement state quantity sensor as a variable;
A reaction force for calculating a reaction force to be applied to the operation member according to a fourth function related to the second function, using a deviation between the calculated target position and the displacement position of the operation member detected by the position sensor as a variable. Calculation means;
Driving a vehicle comprising: a reaction force control unit configured to control the reaction force applying device using the calculated reaction force so that the calculated reaction force is applied to the operation member. apparatus.

The motion state control amount is a control amount for controlling a physical quantity obtained by differentiating the vehicle motion state amount, the third function is an inverse function of the first function, and the fourth function is the second function. The vehicle driving device according to claim 1, which is proportional to the function.

The vehicle driving apparatus according to claim 1, wherein the motion state quantity is a running speed of the vehicle, and the motion state control quantity is a control quantity for controlling the acceleration of the vehicle.

The vehicle driving device according to claim 1 or 2, wherein the movement state quantity is a turning angle of a wheel, and the movement state control quantity is a control quantity for controlling a turning speed of the wheel.