(57)【要約】目標転舵角演算部５１は、操舵角θおよび車速Ｖに基づいて目標転舵角δ＊を計算する。補正転舵角演算部５２は、車両の諸元に基づいて決定されて、転舵角δを入力とし車両のヨーレートγを出力とする第１伝達関数としての伝達関数Ｇ（ｓ）とこの伝達関数Ｇ（ｓ）の定常成分Ｇ（０）との差分を用いて、目標転舵角δ＊を時間微分した目標転舵速度δ＊’を入力とし補正転舵角δｃを出力とする第２伝達関数としての伝達関数Ｋ（ｓ）を、車速Ｖに応じて計算する。そして、補正転舵角演算部５２は、伝達関数Ｋ（ｓ）と目標転舵速度δ＊’とを乗算して補正転舵角δｃを計算する。最終目標転舵角演算部５３は、目標転舵角演算部５１から目標転舵角δ＊を入力するとともに、補正転舵角演算部５２から補正転舵角δｃを入力し、これら目標転舵角δ＊と補正転舵角δｃとを加算して最終目標転舵角δｄを計算する。
2010109676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を操舵するために運転者によって操作される操舵ハンドルと、この操舵ハンドルの操作に応じて転舵輪を転舵させる転舵手段とを備えた車両の操舵装置において、
前記操舵ハンドルに対する運転者の操作入力値を検出する操作入力値検出手段と、
前記操舵ハンドルに対する操作入力値と予め設定された関係にある前記転舵輪の目標転舵量を、前記操作入力値検出手段によって検出された操作入力値を用いて演算する目標転舵量演算手段と、
車両の諸元に基づいて決定されて前記転舵輪の転舵量を入力とし前記転舵輪の転舵により車両に発生する運動状態量を出力とする第１伝達関数を用いて、前記目標転舵量演算手段によって演算された目標転舵量の時間変化を表す目標転舵速度を入力としこの目標転舵速度で転舵する前記転舵輪の転舵量を出力とする第２伝達関数を設定する伝達関数設定手段と、
前記伝達関数設定手段によって設定された第２伝達関数と前記目標転舵速度とを用いて、前記目標転舵量演算手段によって演算された目標転舵量で前記転舵輪が転舵するときに車両に発生する運動状態量の変化を補正する補正転舵量を演算する補正転舵量演算手段と、
前記目標転舵量演算手段によって演算された目標転舵量に対して前記補正転舵量演算手段によって演算された補正転舵量を加算して最終目標転舵量を演算する最終目標転舵量演算手段と、
前記最終目標転舵量演算手段によって演算された最終目標転舵量に応じて前記転舵輪を転舵させる転舵制御手段とを備えた車両の操舵装置。
【請求項２】
請求項１に記載した車両の操舵装置において、
前記伝達関数設定手段は、
前記第１伝達関数の周波数応答特性のうちの定常成分を目標周波数応答特性として設定し、
前記第２伝達関数を、前記設定した目標周波数応答特性と前記第１伝達関数の周波数応答特性との差分を用いて設定することを特徴とする車両の操舵装置。
【請求項３】
請求項２に記載した車両の操舵装置において、
前記第１伝達関数の周波数応答特性は、
前記転舵輪の転舵量の周波数変化に対して前記車両に発生する運動状態量のゲインの応答特性であることを特徴とする車両の操舵装置。
【請求項４】
請求項１に記載した車両の操舵装置において、さらに、
車両の車速を検出する車速検出手段を備え、
前記伝達関数設定手段は、
前記車速検出手段によって検出された車速を用いて、前記第２伝達関数を設定することを特徴とする車両の操舵装置。
【請求項５】
請求項１に記載した車両の操舵装置において、
前記車両に発生する運動状態量は、
車両のヨーレートまたは車両の横加速度であることを特徴とする車両の操舵装置。
【請求項６】
請求項５に記載した車両の操舵装置において、さらに、
車両の車速を検出する車速検出手段を備え、
前記伝達関数設定手段は、
前記車速検出手段によって検出された車速に応じて、前記車両の運動状態量を車両のヨーレートまたは車両の横加速度に変更して前記第１伝達関数を決定することを特徴とする車両の操舵装置。
【請求項７】
請求項６に記載した車両の操舵装置において、
前記伝達関数設定手段は、
前記車速検出手段によって検出された車速が小さな低速域で車両が走行しているときに前記車両の運動状態量を車両の横加速度に決定し、前記車速検出手段によって検出された車速が大きな高速域で車両が走行しているときに前記車両の運動状態量を車両のヨーレートに決定することを特徴とする車両の操舵装置。
【請求項８】
請求項１に記載した車両の操舵装置において、
前記操舵ハンドルと前記転舵手段との機械的な連結が解除されており、
前記転舵制御手段は、
前記転舵手段を作動させるためのアクチュエータを駆動制御して、前記転舵輪を前記最終目標転舵量に転舵させることを特徴とする車両の操舵装置。
【請求項９】
請求項１に記載した車両の操舵装置において、
前記操舵ハンドルと前記転舵手段とが、前記操舵ハンドルへの操作入力値に対する前記転舵輪の転舵量の比を可変する可変手段によって連結されており、
前記転舵制御手段は、
前記可変手段を作動制御して、前記転舵輪を前記最終目標転舵量に転舵させることを特徴とする車両の操舵装置。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載した車両の操舵装置において、さらに、
車両の車速を検出する車速検出手段を備え、
前記目標転舵量演算手段は、
前記車速検出手段によって検出された車速が小さな低速域で車両が走行しているときに前記操作入力値検出手段によって検出された操作入力値に対する前記転舵輪の転舵量の比が大きくなる目標転舵量を演算し、前記車速検出手段によって検出された車速が大きな高速域で車両が走行しているときに前記検出された操作入力値に対する前記転舵輪の転舵量の比が小さくなる目標転舵量を演算することを特徴とする車両の操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の操舵装置に関し、特に、運転者による操舵ハンドルの操作に応じて転舵輪を目標転舵量まで転舵させる車両の操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両の旋回時における方向安定性や応答性を改善する装置は盛んに提案されている。例えば、特開平４−１９３６８４号公報には、前輪操舵時に理想とする過渡応答特性を実現する車両用四輪操舵装置が示されている。この従来の車両用四輪操舵装置は、車両の走行状態に応じて前輪と後輪の転舵角をそれぞれ制御する前輪転舵角制御手段と後輪転舵角制御手段とを備えている。そして、この従来の車両用四輪操舵装置においては、前輪転舵角制御手段が前輪操舵入力のラプラス変換値に対する前輪転舵角のラプラス変換値を表す制御伝達関数で与えられる前輪転舵角が得られるように前輪の転舵角を制御し、後輪転舵角制御手段が前輪操舵入力のラプラス変換値に対する後輪転舵角のラプラス変換値を表す制御伝達関数で与えられる後輪転舵角が得られるように後輪の転舵角を制御するようになっている。
また、例えば、実開昭６２−１４５８８４号公報には、車両用実舵角制御装置が示されている。この従来の車両用実舵角制御装置は、車両の操舵時の運動状態量の目標値を決定するために設定された伝達特性を、車両の操舵特性を調整するための入力に従って可変設定する伝達特性可変手段を備えている。そして、この従来の車両用実舵角制御装置においては、運転者が伝達特性可変手段によって伝達特性を可変設定することにより、車両の運動状態量の目標値が変更され、この目標値を実現するように車輪の実舵角を制御するとともに車両の操舵特性を変更できるようになっている。
さらに、例えば、特開２００８−１８９２００号公報には、操舵操作に対する車両の挙動の応答性と収束性とを向上させる車両用操舵装置が示されている。この従来の車両用操舵装置は、操舵角度に比例する比例項と操舵角速度に比例する微分項との和に基づいて目標舵角を設定するようになっている。そして、この従来の車両用操舵装置においては、操舵角速度が負である場合には、操舵角速度が正である場合よりも、微分項を小さな値に補正するようになっている。
【発明の開示】
【０００３】
ところで、車両旋回時に車両に発生する運動状態量（例えば、ヨーレートや横加速度など）は、その周波数応答特性が車両の車速に応じて変化することが知られている。そして、車速に応じて周波数応答特性の変化が生じることにより、車両の旋回時の方向安定性および応答性に影響を与える。
この点に関し、上記特開平４−１９３６８４号公報に示された車両用四輪操舵装置および実開昭６２−１４５８８４号公報に示された車両用実舵角制御装置においては、単に、運動状態量の応答として、遅れ（１次遅れ）を生じさせるのみである。また、上記特開２００８−１８９２００号公報に示された車両用操舵装置においては、方向安定性が損なわれやすい操舵ハンドルの切り返し時に、単に、操舵角速度に比例する微分項の大きさを小さくするのみである。このため、例えば、車両の車速によっては、車両の運動状態量の周波数応答特性の変化に起因して、車両の方向安定性が損なわれたり敏感または鈍感な応答性を知覚したりして、運転者が違和感を覚える場合がある。
したがって、車両の旋回時における方向安定性および応答性に関し、運転者が違和感を覚えないようにするためには、車両に発生する運動状態量の周波数応答特性を考慮する必要がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両に発生する運動状態量の周波数応答特性を考慮して、車両旋回時における良好な方向安定性および応答性が得られる車両の操舵装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、車両を操舵するために運転者によって操作される操舵ハンドルと、この操舵ハンドルの操作に応じて転舵輪を転舵させる転舵手段とを備えた車両の操舵装置において、前記操舵ハンドルに対する運転者の操作入力値を検出する操作入力値検出手段と、前記操舵ハンドルに対する操作入力値と予め設定された関係にある前記転舵輪の目標転舵量を、前記操作入力値検出手段によって検出された操作入力値を用いて演算する目標転舵量演算手段と、車両の諸元に基づいて決定されて前記転舵輪の転舵量を入力とし前記転舵輪の転舵により車両に発生する運動状態量を出力とする第１伝達関数を用いて、前記目標転舵量演算手段によって演算された目標転舵量の時間変化を表す目標転舵速度を入力としこの目標転舵速度で転舵する前記転舵輪の転舵量を出力とする第２伝達関数を設定する伝達関数設定手段と、前記伝達関数設定手段によって設定された第２伝達関数と前記目標転舵速度とを用いて、前記目標転舵量演算手段によって演算された目標転舵量で前記転舵輪が転舵するときに車両に発生する運動状態量の変化を補正する補正転舵量を演算する補正転舵量演算手段と、前記目標転舵量演算手段によって演算された目標転舵量に対して前記補正転舵量演算手段によって演算された補正転舵量を加算して最終目標転舵量を演算する最終目標転舵量演算手段と、前記最終目標転舵量演算手段によって演算された最終目標転舵量に応じて前記転舵輪を転舵させる転舵制御手段とを備えたことにある。
これによれば、伝達関数設定手段は、車両の諸元（車両モデル）に基づいて決定されて転舵輪の転舵量を入力とし車両に発生する運動状態量を出力とする第１伝達関数を用いて、目標転舵速度を入力としこの目標転舵速度で転舵する転舵輪の転舵量を出力とする第２伝達関数を設定することができる。また、補正転舵量演算手段は、この設定された第２伝達関数と目標転舵速度とを用いて（より具体的には、互いに乗算して）補正転舵量を演算することができる。これにより、補正転舵量は、転舵輪の転舵に伴って車両に発生する運動状態量の変化、すなわち、周波数応答特性を反映して（考慮して）演算される。そして、最終目標転舵量演算手段は目標転舵量に対して補正転舵量を加算して最終目標転舵量を演算し、転舵制御手段は転舵輪を最終目標転舵量に転舵させることができる。
これにより、補正転舵量によって適切に補正された目標転舵量、すなわち、最終目標転舵量により転舵輪が転舵されて旋回する車両においては、車両に発生する運動状態量の周波数応答特性の変化に伴う方向安定性および応答性への影響を小さくすることができる。したがって、車両旋回時における良好な方向安定性および応答性が得られるとともに、車両に発生する運動状態量の変化に関し、運転者が覚える違和感を大幅に抑制することができる。
また、この場合、前記伝達関数設定手段は、前記第１伝達関数の周波数応答特性のうちの定常成分を目標周波数応答特性として設定し、前記第２伝達関数を、前記設定した目標周波数応答特性と前記第１伝達関数の周波数応答特性との差分を用いて設定するとよい。そして、この場合には、より具体的に、前記第１伝達関数の周波数応答特性は、例えば、前記転舵輪の転舵量の周波数変化に対して前記車両に発生する運動状態量のゲインの応答特性であるとよい。
これらによれば、伝達関数設定手段は、第１伝達関数の周波数応答特性、より具体的には、転舵輪の転舵量の周波数変化に対して車両に発生する運動状態量のゲインの応答特性のうちの定常成分を目標周波数応答特性として設定することができ、第２伝達関数を、設定した目標周波数応答特性と第１伝達関数の周波数応答特性との差分を用いて設定することができる。これにより、第２伝達関数は、第１伝達関数の非定常成分すなわち車両の方向安定性および応答性に影響を与える成分を反映して設定されるため、この第２伝達関数を用いて演算される補正転舵量は、車両の方向安定性および応答性に影響を与える成分を効果的に補正するものとして演算される。
これにより、この補正転舵量によって目標転舵量を補正することにより、車両に発生する運動状態量の周波数応答特性の変化、具体的には、車両に発生する運動状態量のゲインの応答特性の変化を大幅に抑制することができる。すなわち、この場合には、車両に発生する運動状態量の周波数応答特性をほぼ一定とすることができ、方向安定性および応答性極めて良好に確保することができる。したがって、車両旋回時におけるより良好な方向安定性および応答性が得られるとともに、車両に発生する運動状態量の変化に関し、運転者が覚える違和感をより大幅に抑制することができる。
また、この場合、車両の車速を検出する車速検出手段を備え、前記伝達関数設定手段は、前記車速検出手段によって検出された車速を用いて、前記第２伝達関数を設定するとよい。
これによれば、伝達関数設定手段は、車速に応じて変化する車両の運動状態量の周波数応答特性をも考慮して、第２伝達関数を設定することができるため、この第２伝達関数を用いて演算される補正転舵量は、車速に応じて変化する車両の方向安定性および応答性を適切に補正するものとして演算される。したがって、車両旋回時におけるより良好な方向安定性および応答性が得られるとともに、車両に発生する運動状態量の変化に関し、運転者が覚える違和感をより大幅に抑制することができる。
また、この場合、前記車両に発生する運動状態量は、車両のヨーレートまたは車両の横加速度であるとよく、この場合、車両の車速を検出する車速検出手段と備えていて、前記伝達関数設定手段は、前記車速検出手段によって検出された車速に応じて、前記車両の運動状態量を車両のヨーレートまたは車両の横加速度に変更して前記第１伝達関数を決定するとよい。そして、この場合には、前記伝達関数設定手段は、例えば、前記車速検出手段によって検出された車速が小さな低速域で車両が走行しているときに前記車両の運動状態量を車両の横加速度に決定し、前記車速検出手段によって検出された車速が大きな高速域で車両が走行しているときに前記車両の運動状態量を車両のヨーレートに決定するとよい。
これらによれば、車両に発生する運動状態量として、車両旋回時に運転者が知覚しやすいヨーレートまたは横加速度を用いることができ、伝達関数設定手段は、第１伝達関数を、車両の諸元（車両モデル）に基づいて決定されて転舵輪の転舵量を入力とし車両に発生するヨーレートまたは横加速度を出力とする第１伝達関数を用いて、目標転舵速度を入力としこの目標転舵速度で転舵する転舵輪の転舵量を出力とする第２伝達関数を設定することができる。そして、補正転舵量演算手段は、この設定される第２伝達関数を用いて補正転舵量を演算することができる。したがって、ヨーレートまたは横加速度の周波数応答特性の変化を反映（考慮）することができ、車両旋回時におけるより良好な方向安定性および応答性が得られるとともに、運転者が覚えやすいヨーレートまたは横加速度の変化に伴う違和感をより大幅に抑制することができる。
また、伝達関数設定手段は、車速に応じて、より具体的には、低速域で車両が走行しているときに車両の横加速度を出力とする第１伝達関数を用いて第２伝達関数を設定し、高速域で車両が走行しているときに車両のヨーレートを出力とする第１伝達関数を用いて第２伝達関数を設定することができる。これにより、補正転舵量演算部は、車速域に応じて運転者が違和感として覚えやすい横加速度またはヨーレートの周波数応答特性の変化を反映して（考慮して）補正転舵量を演算することができる。したがって、車両旋回時におけるより良好な方向安定性および応答性が得られるとともに、運転者が覚えやすいヨーレートまたは横加速度の変化に伴う違和感をより適切に抑制することができる。
さらに、この場合、車両の操舵装置として、例えば、前記操舵ハンドルと前記転舵手段との機械的な連結が解除されたステアリングバイワイヤ方式を採用し、前記転舵制御手段は、前記転舵手段を作動させるためのアクチュエータを駆動制御して、前記転舵輪を前記最終目標転舵量に転舵させるとよい。また、車両の操舵装置として、例えば、前記操舵ハンドルと前記転舵手段とが、前記操舵ハンドルへの操作入力値に対する前記転舵輪の転舵量の比を可変する可変手段によって連結された可変ギア比方式を採用し、前記転舵制御手段は、前記可変手段を作動制御して、前記転舵輪を前記最終目標転舵量に転舵させるとよい。
そして、これらの方式を採用した場合には、車両の車速を検出する車速検出手段を備えていて、前記目標転舵量演算手段は、前記車速検出手段によって検出された車速が小さな低速域で車両が走行しているときに前記操作入力値検出手段によって検出された操作入力値に対する前記転舵輪の転舵量の比が大きくなる目標転舵量を演算し、前記車速検出手段によって検出された車速が大きな高速域で車両が走行しているときに前記検出された操作入力値に対する前記転舵輪の転舵量の比が小さくなる目標転舵量を演算するとよい。
これらによれば、目標転舵量演算手段は、車両の操舵装置として、ステアリングバイワイヤ方式またはギア比可変方式を採用することによって、運転者による操舵ハンドルへの操作入力値に対する転舵輪の目標転舵量を、車速に応じて変更することができる。これにより、例えば、低速域での走行において転舵輪の転舵量を大きくすることにより、運転者が操舵ハンドルを操作するときの操作負担を低減することができ、高速域での走行において転舵輪の転舵量を小さくすることにより、車両の直進安定性を良好に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、本発明の第１および第２実施形態に共通する車両の操舵装置を示す概略図である。
図２は、図１の電子制御ユニットによって実行される制御処理を表すブロック図である。
図３は、操舵角と目標転舵角との関係を示すグラフである。
図４Ａ，Ｂは、本発明の第１実施形態に係り、転舵角の周波数変化に対して車両に発生するヨーレートの周波数応答特性を示すグラフである。
図５は、本発明の第１および第２実施形態に共通して、図２における補正転舵角演算部によって実行される補正転舵角演算プログラムを示すフローチャートである。
図６Ａ，Ｂは、本発明の第１実施形態に係り、目標転舵速度を入力とし目標転舵角を出力とする伝達関数の周波数応答特性を示すグラフである。
図７は、本発明の第１実施形態に係り、目標転舵速度を入力とし目標転舵角を出力とする伝達関数のステップ応答特性を示すグラフである。
図８は、本発明の第１実施形態に係り、転舵角の周波数変化に対して車両に発生するヨーレートの周波数応答特性における定常成分（目標周波数応答特性）を説明するための図である。
図９Ａ，Ｂは、補正転舵角により目標転舵角を補正した場合における車両に発生するヨーレートの周波数応答特性の変化を説明するための図である。
図１０Ａ，Ｂは、本発明の第２実施形態に係り、転舵角の周波数変化に対して車両に発生する横加速度の周波数応答特性を示すグラフである。
図１１Ａ，Ｂは、本発明の第２実施形態に係り、目標転舵速度を入力とし目標転舵角を出力とする伝達関数の周波数応答特性を示すグラフである。
図１２は、本発明の第２実施形態に係り、目標転舵速度を入力とし目標転舵角を出力とする伝達関数のステップ応答特性を示すグラフである。
図１３は、本発明の第２実施形態に係り、転舵角の周波数変化に対して車両に発生する横加速度の周波数応答特性における定常成分（目標周波数応答特性）を説明するための図である。
図１４Ａ，Ｂは、補正転舵角により目標転舵角を補正した場合における車両に発生する横加速度の周波数応答特性の変化を説明するための図である。
図１５は、本発明の第３実施形態に係る車両の操舵装置を示す概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
ａ．第１実施形態
以下、本発明の実施形態に係る車両の操舵装置について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の第１および第２実施形態に共通の車両の操舵装置を概略的に示している。
この車両の操舵装置は、転舵輪としての左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するために、運転者によって回動操作される操作部としての操舵ハンドル１１を備えている。操舵ハンドル１１は操舵入力軸１２の上端に固定され、操舵入力軸１２の下端は電動モータおよび減速機構からなる反力アクチュエータ１３に接続されている。反力アクチュエータ１３は、運転者の操舵ハンドル１１の回動操作に対して反力を付与する。
また、この車両の操舵装置は、電動モータおよび減速機構からなる転舵アクチュエータ２１を備えている。この転舵アクチュエータ２１による転舵力は、転舵出力軸２２、ピニオンギア２３およびラックバー２４を介して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２に伝達される。この構成により、転舵アクチュエータ２１からの回転力は転舵出力軸２２を介してピニオンギア２３に伝達され、ピニオンギア２３の回転によりラックバー２４が軸線方向に変位して、このラックバー２４の軸線方向の変位により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は左右に転舵される。
次に、これらの反力アクチュエータ１３および転舵アクチュエータ２１の回転駆動を制御する電気制御装置について説明する。電気制御装置は、操舵角センサ３１、転舵角センサ３２および車速センサ３３を備えている。
操舵角センサ３１は、操舵入力軸１２に組み付けられて、操舵ハンドル１１の中立位置からの回転角を検出して操舵角θを表す信号を出力する。転舵角センサ３２は、転舵出力軸２２に組み付けられて、転舵出力軸２２の中立位置からの回転角を検出して実転舵角δ（左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角に対応）を表す信号を出力する。なお、操舵角θおよび実転舵角δは、中立位置を「０」とし、例えば、左方向の回転角を正の値で表すとともに、右方向の回転角を正の値でそれぞれ表す。また、本明細書においては、方向を区別せずに検出値の大小関係について論じる場合には、その絶対値の大きさについて論じることとする。車速センサ３３は、車速を検出して車速Ｖを表す信号を出力する。
これらセンサ３１〜３３は、電子制御ユニット３４に接続されている。電子制御ユニット３４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするもので、プログラムの実行により反力アクチュエータ１３および転舵アクチュエータ２１の作動をそれぞれ制御する。電子制御ユニット３４の出力側には、反力アクチュエータ１３および転舵アクチュエータ２１を駆動するための駆動回路３５，３６がそれぞれ接続されている。駆動回路３５，３６内には、反力アクチュエータ１３および転舵アクチュエータ２１内の電動モータに流れる駆動電流を検出するための電流検出器３５ａ，３６ａが設けられている。電流検出器３５ａ，３６ａによって検出された駆動電流は、それぞれの電動モータの駆動を制御するために、電子制御ユニット３４にフィードバックされている。
次に、上記のように構成した第１実施形態の動作について、電子制御ユニット３４内にてコンピュータプログラム処理により実現される機能を表す図２の機能ブロック図を用いて説明する。第１実施形態における電子制御ユニット３４は、操舵ハンドル１１への反力付与を制御するための反力制御部４０と、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵を制御するための転舵制御部５０とからなる。なお、反力制御部４０の動作については、本発明と直接関係しないため、以下に簡単に説明しておく。
運転者によって操舵ハンドル１１が回動操作されると操舵角センサ３１によって操舵ハンドル１１の回転角である操舵角θが検出され、車両が走行を開始すると車速センサ３３によって車速Ｖが検出され、これらの検出された操舵角θおよび車速Ｖを表す信号は反力制御部４０および転舵制御部５０にそれぞれ出力される。反力制御部４０においては、目標反力トルク演算部４１が、入力した操舵角θおよび車速Ｖに基づいて、目標反力トルクＴｚ＊を計算する。なお、目標反力トルクＴｚ＊の計算にあたっては、例えば、操舵角θ（または車両に発生する横加速度やヨーレートなど）に比例するバネ反力トルク成分と、操舵角θを時間で微分した操舵速度の大きさに比例する摩擦反力トルク成分および粘性反力トルク成分とをそれぞれ計算し、各トルク成分を合算することにより求めることができる。
また、目標反力トルクＴｚ＊の大きさに関しては、車速センサ３３によって検出された車速Ｖに応じて変更されるとよく、例えば、検出車速Ｖが小さいときには目標反力トルクＴｚ＊が小さくなるように計算され、検出車速Ｖが大きいときには目標反力トルクＴｚ＊が大きくなるように計算されるとよい。これにより、低速域においては運転者が軽快に操舵ハンドル１１を回動操作することができ、中・高速域においては運転者がしっかりとした反力トルクを知覚しながら操舵ハンドル１１を回動操作することができて、良好な操舵操作性を確保することができる。
このように計算された目標反力トルクＴｚ＊は、駆動制御部４２に供給される。駆動制御部４２は、供給された目標反力トルクＴｚ＊に応じた制御信号（例えば、ＰＷＭ制御信号）を駆動回路３５に出力することで、電流検出器３５ａによる検出値に基づき、目標反力トルクＴｚ＊に応じた駆動電流を反力アクチュエータ１３内の電動モータに流す。これにより、目標反力トルクＴｚ＊に等しい反力が操舵入力軸１２を介して操舵ハンドル１１に付与される。したがって、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に対して適切な反力が付与され、運転者は、この反力を知覚しながら操舵ハンドル１１を快適に回動操作することができる。
一方、転舵制御部５０においては、目標転舵角演算部５１が、図３に示す参照マップを参照して、操舵角センサ３１および車速センサ３３からそれぞれ入力した操舵角θおよび車速Ｖに基づいて目標転舵角δ＊を計算する。ここで、目標転舵角δ＊は、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に対して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵させる転舵量の目標値である。そして、目標転舵角演算部５１は、計算した目標転舵角δ＊を補正転舵角演算部５２に供給するとともに、最終目標転舵角演算部５３に供給する。
なお、一般的に、車両の特性として、車速Ｖが大きくなると、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角δに対して車両のヨーや横加速度が大きく発生する傾向がある。このため、目標転舵角演算部５１が計算する目標転舵角δ＊は、図３に示したように、操舵角θの増加に伴って増加するものの、車速Ｖの増加に伴って操舵角θに対する変化量が相対的に小さくなる変化特性を有する。
ここで、本実施形態においては、参照マップを用いて目標転舵角δ＊を計算するようにした。この場合、参照マップを参照することに代えて、操舵角θおよび車速Ｖに応じて変化する目標転舵角δ＊を定義した関数を記憶しておき、この関数を用いて目標転舵角δ＊を計算するようにしてもよい。また、本実施形態においては、操舵角θに対して線形的に変化する関係にある目標転舵角δ＊を計算するようにした。この場合、例えば、操舵角θに対して非線形的に変化する関係にある目標転舵角δ＊を計算するようにしてもよい。
ところで、一般的な車両では、運転者が操舵ハンドル１１を回動操作して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵させて車両を旋回させる場合、主に車速Ｖが大きな高速域においてはヨーイング運動による向きの変化が大きくて（発散して）車両の方向が不安定になりやすく、車速Ｖが小さな低速域においては車両のヨーイング運動による向きの変化に遅れが生じて軽快感が損なわれやすい傾向を有する。すなわち、このような傾向は、図４Ａおよび図４Ｂに概略的に示すように、車速Ｖによって変化し、操舵角θの周期的な変化、言い換えれば、操舵角θの変化に伴って変化する実転舵角δの周期的な変化（周波数変化）に対して運動状態量として車両に発生するヨーレートの過渡応答特性に起因するものである。
具体的に説明すると、一般的な車両においては、図４Ａに示すように、操舵角θすなわち実転舵角δの周波数変化に対するヨーレートのゲイン（振幅比）は、周波数が小さいときにはほぼ一定となり、周波数が大きくなると車両の固有振動数に一致する周波数すなわち共振周波数でピークを示し、それ以上の周波数では低下する傾向を有する。そして、共振周波数におけるピークは、車速Ｖの増大に伴って上昇する傾向にあり、言い換えれば、車速Ｖの増大に伴って減衰比が悪化する傾向にある。この傾向により、主に、高速域において、ヨーの過剰な発生により車両の方向安定性が悪化する。
また、一般的な車両においては、図４Ｂに示すように、操舵角θすなわち実転舵角δの周波数変化に対するヨーレートの位相角は、周波数が小さいときにはほぼ「０」となり、周波数が大きく、かつ、車速Ｖが増大すると位相遅れが大きくなる傾向を有する。そして、主に、低速域においては、上述したようにヨーレートのゲインが相対的に小さくなる傾向を有し、また、位相遅れが生じる傾向を有することにより、応答遅れが顕著となって軽快感が損なわれやすい。
このため、目標転舵角演算部５１により操舵角θおよび車速Ｖに基づいて計算される目標転舵角δ＊まで単に左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵させて車両を旋回させる場合には、上述した傾向を有して車両が旋回することになる。したがって、車速Ｖに応じて変化する操舵角θすなわち転舵角δに対するヨーレートの過渡応答特性の変化を考慮して、目標転舵角δ＊を補正することが必要である。
このため、補正転舵角演算部５２は、上述した特に高速域におけるヨーの過剰な発生を抑制するとともに低速域における応答遅れを改善するために、目標転舵角δ＊を補正する補正転舵角δｃを計算する。以下、この補正転舵角演算部５２による補正転舵角δｃの計算を詳細に説明する。
補正転舵角演算部５２は、図５示す補正転舵角演算プログラムを実行することにより、補正転舵角δｃを計算する。すなわち、補正転舵角演算部５２は、補正転舵角演算プログラムの実行をステップＳ１０にて開始し、ステップＳ１１にて、車速センサ３３によって検出された車速Ｖを入力する。そして、補正転舵角演算部５２は、ステップＳ１２にて、補正転舵角δｃを計算するための伝達関数Ｋ（ｓ）を計算する。以下、この第２伝達関数としての伝達関数Ｋ（ｓ）を具体的に説明する。
左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵角δに転舵させて車両が旋回を開始すると、車両にヨーレートγが発生する。したがって、転舵角δを入力としヨーレートγを出力とすると、後述するように車両の諸元（車両モデル）に基づいて決定される第１伝達関数としての伝達関数Ｇ（ｓ）は、下記式１により表される。なお、下記式１中のｓはラプラス演算子を表す。
2010109676.tif 000003
ここで、伝達関数Ｇ（ｓ）は、図４Ａおよび図４Ｂに示した周波数応答特性を有するものであり、ヨーレートγの過渡応答特性を表すものである。このため、上述した高速域におけるヨーの過剰な発生を抑制するとともに低速域における応答遅れを改善する補正転舵角δｃは、過渡応答特性を表す伝達関数Ｇ（ｓ）とこの伝達関数Ｇ（ｓ）の定常成分すなわち目標周波数応答特性Ｇ（０）との差分を用いた下記式２により表すことができる。
2010109676.tif 000004
なお、前記式２中のδ＊は目標転舵角演算部５１によって計算された目標転舵角を表す。
ところで、一般的に、車両２輪モデルにおける車両の運動方程式は、下記式３〜５で示すことができる。
2010109676.tif 000005
ただし、前記式３中のｍは車両の慣性質量を表す。また、前記式３，４中のＫｆ，Ｋｒは車両の前輪コーナリングパワー，車両の後輪コーナリングパワーを表し、Ｌｆ，Ｌｒは車両重心点と前輪車軸間距離，車両の重心点と後輪車軸間距離を表し、δは左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の実転舵角を表す。また、前記式４中のＩｚは車両のヨーイング慣性モーメントを表す。また、前記式３，４，５中のＶは車速を表し、βは車両重心点における横すべり角を表し、γは車両のヨーレートを表す。さらに、前記式５中のａｇｙは車両の横加速度を表す。
そして、前記式３，４，５をそれぞれラプラス変換して連立方程式を解き、さらに、実転舵角δで整理して前記式１を用いると、下記式６が得られる。
2010109676.tif 000006
なお、前記式６から明らかなように、伝達関数Ｇ（ｓ）は、車両の諸元として予め決定されている慣性質量ｍ、車両の前輪コーナリングパワーＫｆ，車両の後輪コーナリングパワーＫｒ、車両重心点と前輪車軸間距離Ｌｆ，車両の重心点と後輪車軸間距離Ｌｒに基づいて決定される。そして、このように得られる前記式６を前記式２に適用して整理すると、補正転舵角δｃは下記式７により表される。
2010109676.tif 000007
ただし、前記式７中のδ＊’は、目標転舵角δ＊の時間微分値（＝ｄδ＊／ｄｔ）である目標転舵速度を表す。また、前記式７中の第２伝達関数としての伝達関数Ｋ（ｓ）は下記式８により表される。
2010109676.tif 000008
ここで、前記式８により表される伝達関数Ｋ（ｓ）は、前記式７からも明らかなように、入力を目標転舵速度δ＊’とし、補正転舵角δｃ（すなわち、目標転舵速度δ＊’で転舵する左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵量）を出力とする伝達関数である。この伝達関数Ｋ（ｓ）について、図６Ａおよび図６Ｂに周波数応答特性を示し、図７にステップ応答特性を示す。伝達関数Ｋ（ｓ）によれば、目標転舵速度δ＊’の周波数変化に対して補正転舵角δｃのゲイン（振幅比）は、図６Ａに示すように、全車速域（低速域、中速域および高速域）において、周波数の増大に伴って増加する変化特性となり、特に、高周波域にてゲインが最大となる変化特性となる。これにより、補正転舵角δｃは、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵速度δ＊’の周波数変化、言い換えれば、操舵角θの周波数変化に応じて応答性良く変化し、特に、高周波域でゲインが大きくなることにより、上述したヨーレートのゲインの高周波域における減少を改善することができる。
また、伝達関数Ｋ（ｓ）によれば、目標転舵速度δ＊’の周波数変化に対して補正転舵角δｃの位相角は、図６Ｂに示すように、全車速域において、位相を進める変化特性となる。これにより、補正転舵角δｃは、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵速度δ＊’の周波数変化、言い換えれば、操舵角θの周波数変化に応じて応答性良く変化し、特に、低速域で位相角をほぼ「０」とすることにより、上述した低速域における応答遅れを改善することができる。
また、伝達関数Ｋ（ｓ）によれば、図７に示すように、全車速域において、ゲインが時間変化に対して非振動的に減衰されるステップ応答特性となる。そして、このステップ応答特性によれば、低・中速域においては転舵方向に切り増しするゲインが得られるものの、高速域においては初期段階で切り増しするゲインとなりその後切り戻すゲインが得られる。すなわち、特に高速域において、時間の経過に伴って切り戻すゲインが得られることにより、図４Ａに示したように、共振周波数におけるヨーレートのゲイン増加を抑制することができ、過剰なヨーの発生を抑制することができる。
そして、補正転舵角演算部５２は、前記式８に従い、車速センサ３３によって検出された車速Ｖを用いて、このような特性を有する伝達関数Ｋ（ｓ）を決定する。続いて、補正転舵角演算部５２は、ステップＳ１３にて、目標転舵角演算部５１にて計算された目標転舵角δ＊を時間微分して目標転舵速度δ＊’を計算する。
続くステップＳ１４においては、補正転舵角演算部５２は、前記式７に従い、前記ステップＳ１２にて決定した伝達関数Ｋ（ｓ）と前記ステップＳ１３にて計算した目標転舵速度δ＊’とを乗算し、補正転舵角δｃを計算する。そして、補正転舵角演算部５２は、補正転舵角δｃを計算すると、ステップＳ１５にて補正転舵角演算プログラムの実行を一旦終了し、所定の短い時間の経過後、ステップＳ１０にて同プログラムの実行を開始する。
ふたたび、図２に戻り、補正転舵角演算部５２は、補正転舵角δｃを計算すると、この補正転舵角δｃを最終目標転舵角演算部５３に供給する。最終目標転舵角演算部５３においては、目標転舵角演算部５１によって計算された目標転舵角δ＊を入力するとともに、補正転舵角演算部５２によって計算された補正転舵角δｃを入力し、これら目標転舵角δ＊と補正転舵角δｃとを加算して最終目標転舵角δｄを計算する。そして、最終目標転舵角演算部５３は、計算した最終目標転舵角δｄを駆動制御部５４に供給する。
駆動制御部５４においては、供給された最終目標転舵角δｄを入力するとともに、転舵角センサ３２から実転舵角δを入力し、最終目標転舵角δｄと実転舵角δとの偏差Δδ（＝δｄ−δ）を計算する。そして、駆動制御部５４は、偏差Δδに比例する目標電流ｉ＊を計算し、目標電流ｉ＊と、電流検出器３６ａにより検出した転舵アクチュエータ２１内の電動モータに流れる実際の電流ｉとを入力し、両者の偏差Δｉ（＝ｉ＊−ｉ）を算出する。
さらに、駆動制御部５４は、計算した偏差Δｉに比例した比例項と偏差Δｉを積分した積分項とを加算し、偏差Δｉがゼロになるように、転舵アクチュエータ２１内の電動モータを駆動するための目標電圧ｖ＊を計算する。そして、駆動制御部５４は、目標電圧ｖ＊に対応したＰＷＭ制御電圧信号を駆動回路３６に出力する。駆動回路３６は、ＰＷＭ制御電圧信号に対応したデューティ比でスイッチング素子をオンオフして、目標電圧ｖ＊を転舵アクチュエータ２１内の電動モータに印加する。これにより左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、転舵アクチュエータ２１内の電動モータの駆動力により最終目標転舵角δｄまで転舵される。
ここで、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が最終目標転舵角δｄまで転舵されて旋回する車両に発生するヨーレートγについて説明する。前記式１において、転舵角δとして最終目標転舵角δｄすなわちδ＊＋δｃを代入とともにこの式１を前記式２を用いて目標転舵角δ＊で整理すると、ヨーレートγは、下記式９により表すことができる。
2010109676.tif 000009
前記式９によれば、補正転舵角δｃが付与されて旋回する車両に発生するヨーレートγは、目標転舵角δ＊に対して伝達関数Ｇ（ｓ）の定常成分Ｇ（０）を乗算したものとなる。言い換えれば、図４Ａに対応して図８に示すように、低速域、中速域および高速域で異なる周波数応答特性を有する伝達関数Ｇ（ｓ）の定常成分Ｇ（０）を目標周波数応答特性とすることにより、ヨーレートγは、目標転舵角δ＊に対して目標周波数応答特性Ｇ（０）を適用した特性を有することになる。
このように、目標周波数応答特性Ｇ（０）を適用した場合には、図８からも明らかなように、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の実転舵角δの周波数変化に対してヨーレートγのゲイン変化が抑えられ、また、車速Ｖが変化してもゲインの変化特性が同一傾向にある。これにより、図４Ａに対応して図９Ａに実線により示すように、補正転舵角δｃを付与して目標転舵角δ＊を補正する場合には、破線により示す目標転舵角δ＊を補正しない場合に比して、共振周波数における過剰なヨーの発生が抑制されるとともに、高周波域におけるゲインの減少が抑制されて初期応答特性を向上させることができる。また、図４Ｂに対応して図９Ｂに実線により示すように、補正転舵角δｃを付与して目標転舵角δ＊を補正する場合には、破線により示す目標転舵角δ＊を補正しない場合に比して、高周波域における位相遅れが抑制されて応答遅れを改善することができる。
以上の説明からも理解できるように、この第１実施形態によれば、補正転舵角演算部５２は、第１伝達関数としての伝達関数Ｇ（ｓ）を用い、その周波数応答特性、より具体的には、実転舵角δの周波数変化に対して車両に発生するヨーレートγのゲインの応答特性のうちの定常成分Ｇ（０）を目標周波数応答特性として設定することができ、第２伝達関数としての伝達関数Ｋ（ｓ）を、設定した目標周波数応答特性Ｇ（０）と伝達関数Ｇ（ｓ）との差分を用いて設定することができる。これにより、伝達関数Ｋ（ｓ）は、伝達関数Ｇ（ｓ）の非定常成分すなわち車両の方向安定性および応答性に影響を与える成分を反映して設定されるため、この伝達関数Ｋ（ｓ）を用いて演算される補正転舵角δｃは、車両の方向安定性および応答性に影響を与える成分を効果的に補正するものとして演算される。
これにより、この補正転舵角δｃによって目標転舵量δ＊を補正することにより、車両に発生するヨーレートγの周波数応答特性の変化、具体的には、ヨーレートγのゲインの応答特性の変化を大幅に抑制することができる。すなわち、この場合には、車両に発生するヨーレートγの周波数応答特性をほぼ一定とすることができ、方向安定性および応答性極めて良好に確保することができる。したがって、車両旋回時におけるより良好な方向安定性および応答性が得られるとともに、車両に発生するヨーレートγの変化に関し、運転者が覚える違和感をより大幅に抑制することができる。
また、補正転舵角演算部５２は、車速Ｖに応じて変化する車両のヨーレートγの周波数応答特性をも考慮して、伝達関数Ｋ（ｓ）を設定することができるため、この伝達関数Ｋ（ｓ）を用いて演算される補正転舵角δｃは、高速域における過剰なヨーの発生を抑制して車両の方向安定性確保し、低速域における応答性を適切に補正するものとして演算される。したがって、車速Ｖに応じて、より良好な方向安定性および応答性が得られる。
ｂ．第２実施形態
上記第１実施形態においては、補正転舵角演算部５２が転舵角δを入力としヨーレートγを出力として過渡応答特性を表す伝達関数Ｇ（ｓ）とこの伝達関数Ｇ（ｓ）の定常成分Ｇ（０）との差分を用いて、目標転舵速度δ＊’を入力とし補正転舵角δｃを出力とする伝達関数Ｋ（ｓ）を決定した。そして、この伝達関数Ｋ（ｓ）を用いて目標転舵速度δ＊’に応じた補正転舵角δｃを計算するように実施した。これにより、ヨーレートγの周波数応答特性の変化を抑制することができ、高速域における車両の方向安定性を確保するとともに低速域における応答遅れを改善するようにした。
ところで、一般的な車両においては、図１０Ａに示すように、操舵角θすなわち実転舵角δの周波数変化に対する横加速度のゲイン（振幅比）は、周波数が小さいときにはほぼ一定となり、中・高速域においては周波数が大きくなると減少する傾向を有するのに対して、低速域においては周波数が大きくなると増大する傾向を有する。また、一般的な車両においては、図１０Ｂに示すように、操舵角θすなわち実転舵角δの周波数変化に対する横加速度の位相角は、中・高速域においては周波数が大きくなるのに伴って一旦位相の遅れが大きくなってその後ほぼ「０」となる傾向を有するのに対して、低速域においては周波数が大きくなるのに伴って一旦位相の進みが大きくなってその後ほぼ「０」となる傾向を有する。
このような周波数応答特性により、主に、低速域においては、高周波域におけるゲインの増大および位相の進みによって車両が運転者の意図した軌道よりも内側を通る傾向にあり、運転者は操舵ハンドル１１の回動操作に伴って車両が急激に巻き込むような違和感を覚える。また、主に、高速域においては、ゲインが大きく減少するとともに位相の遅れが大きくなる傾向にあり、運転者は、運転者は操舵ハンドル１１の回動操作に伴って横加速度の発生が遅れて違和感を覚える。
このため、この第２実施形態においては、補正転舵角演算部５２が車速Ｖに応じて変化する操舵角θすなわち転舵角δに対する横加速度の過渡応答特性の変化を考慮して、目標転舵角δ＊を補正する補正転舵角δｃを計算する。なお、以下、この第２実施形態を詳細に説明するが、上記第１実施形態と同一部分に関しては同一の符号を付し、その説明を省略する。
この第２実施形態においても、補正転舵角演算部５２は、上記第１実施形態と同様に、図５に示した補正転舵角演算プログラムを実行する。ただし、この補正転舵角演算プログラムにおけるステップＳ１２における処理のみが異なる。すなわち、上述したように、この第２実施形態においては、横加速度の過渡応答特性の変化を考慮して補正転舵角δｃを計算する。したがって、補正転舵角演算部５２は、ステップＳ１２において、上記第１実施形態における伝達関数Ｋ（ｓ）に代えて、補正転舵角δｃを計算するための伝達関数Ｋｇｙ（ｓ）を計算する。以下、この第２伝達関数としての伝達関数Ｋｇｙ（ｓ）を具体的に説明する。
左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵角δに転舵させて車両が旋回を開始すると、車両に横加速度ａｇｙが発生する。したがって、転舵角δを入力とし横加速度ａｇｙを出力とすると、後述するように車両の諸元に基づいて決定される第１伝達関数としての伝達関数Ｇｇｙ（ｓ）は下記式１０により表される。なお、下記式１中のｓはラプラス演算子を表す。
2010109676.tif 000010
ここで、伝達関数Ｇｇｙ（ｓ）は、図１０Ａおよび図１０Ｂに示した周波数応答特性を有するものであり、横加速度ａｇｙの過渡応答特性を表すものである。このため、上述した低速域における巻き込むような違和感を抑制するとともに高速域における横加速度ａｇｙの発生遅れを改善する補正転舵角δｃは、過渡応答特性を表す伝達関数Ｇｇｙ（ｓ）とこの伝達関数Ｇｇｙ（ｓ）の定常成分すなわち目標周波数応答特性Ｇｇｙ（０）との差分を用いた下記式１１により表すことができる。
2010109676.tif 000011
なお、前記式１１中のδ＊は目標転舵角演算部５１によって計算された目標転舵角を表す。
ところで、一般的に、車両２輪モデルにおける車両の運動方程式は、上述したように、前記式３〜５で示すことができる。そして、前記式３，４，５をそれぞれラプラス変換して連立方程式を解き、さらに、実転舵角δで整理して前記式１０を用いると、下記式１２が得られる。
2010109676.tif 000012
なお、前記式１２から明らかなように、伝達関数Ｇｇｙ（ｓ）も、車両の諸元として予め決定されている慣性質量ｍ、車両の前輪コーナリングパワーＫｆ，車両の後輪コーナリングパワーＫｒ、車両重心点と前輪車軸間距離Ｌｆ，車両の重心点と後輪車軸間距離Ｌｒに基づいて決定される。そして、このように得られる前記式１２を前記式１１に適用して整理すると、補正転舵角δｃは下記式１３により表される。
2010109676.tif 000013
ただし、前記式１３中のδ＊’は、目標転舵角δ＊の時間微分値（＝ｄδ＊／ｄｔ）である目標転舵速度を表す。また、前記式１３中の第２伝達関数としての伝達関数Ｋｇｙ（ｓ）は下記式１４により表される。
2010109676.tif 000014
ここで、前記式１４により表される伝達関数Ｋｇｙ（ｓ）は、前記式１３からも明らかなように、入力を目標転舵速度δ＊’とし、補正転舵角δｃ（すなわち、目標転舵速度δ＊’で転舵する左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵量）を出力とする伝達関数である。この伝達関数Ｋｇｙ（ｓ）について、図１１Ａおよび図１１Ｂに周波数応答特性を示し、図１２にステップ応答特性を示す。伝達関数Ｋｇｙ（ｓ）によれば、目標転舵速度δ＊’の周波数変化に対して補正転舵角δｃのゲイン（振幅比）は、図１１Ａに示すように、全車速域において、ほぼ周波数の増大に伴って減少する変化特性となり、特に、低速域において周波数の増大に伴ってゲインが一様に減少する変化特性となる。これにより、特に、低速域において、補正転舵角δｃは、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵速度δ＊’の周波数、言い換えれば、操舵角θの周波数が高周波域であるときのゲインが小さくなることにより、上述した巻き込むような違和感を改善することができる。
また、伝達関数Ｋｇｙ（ｓ）によれば、目標転舵速度δ＊’の周波数変化に対して補正転舵角δｃの位相角は、図１１Ｂに示すように、中・高速域において、周波数の増大に伴う遅れが小さな変化特性となる。これにより、補正転舵角δｃは、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵速度δ＊’の周波数変化、言い換えれば、操舵角θの周波数変化に応じて応答性良く変化し、特に、中・高速域で位相遅れが小さくなることにより、上述した高速域における横加速度ａｇｙの発生遅れを改善することができる。
また、伝達関数Ｋｇｙ（ｓ）によれば、図１２に示すように、中・高速域においてゲインが時間変化に対して振動的に減衰されるステップ応答特性となり、低速域においてゲインが時間変化に対して非振動的に減衰されるステップ応答特性となる。そして、このステップ応答特性によれば、中・高速域においてはより応答性を良くするために転舵方向に切り増しするゲインが得られるものの、低速域においては切り戻すゲインが得られる。すなわち、低速域において、時間の経過に伴って切り戻すゲインが得られることにより、図１０Ａに示したように、横加速度のゲイン増加を抑制することができ、巻き込むような違和感を改善することができる。
そして、補正転舵角演算部５２は、前記式１４に従い、上記第１実施形態と同様に、車速センサ３３によって検出された車速Ｖを用いて、このような特性を有する伝達関数Ｋｇｙ（ｓ）を決定する。続いて、補正転舵角演算部５２は、上記第１実施形態と同様に、ステップＳ１３以降の各ステップ処理を実行する。
ここで、上記第１実施形態と同様に、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が最終目標転舵角δｄまで転舵されて旋回する車両に発生する横加速度ａｇｙについて説明する。前記式１０において、転舵角δとして最終目標転舵角δｄすなわちδ＊＋δｃを代入とともにこの式１０を前記式１１を用いて目標転舵角δ＊で整理すると、横加速度ａｇｙは、下記式１５により表すことができる。
2010109676.tif 000015
前記式１５によれば、補正転舵角δｃが付与されて旋回する車両に発生する横加速度ａｇｙは、目標転舵角δ＊に対して伝達関数Ｇｇｙ（ｓ）の定常成分Ｇｇｙ（０）を乗算したものとなる。言い換えれば、図１０Ａに対応して図１３に示すように、低速域、中速域および高速域で異なる周波数応答特性を有する伝達関数Ｇｇｙ（ｓ）の定常成分Ｇｇｙ（０）を目標周波数応答特性とすることにより、横加速度ａｇｙは、目標転舵角δ＊に対して目標周波数応答特性Ｇｇｙ（０）を適用した特性を有することになる。
このように、目標周波数応答特性Ｇｇｙ（０）を適用した場合には、図１３からも明らかなように、周波数変化に対して横加速度ａｇｙのゲイン変化が抑えられ、また、車速Ｖが変化してもゲインの変化特性が同一傾向にある。これにより、図１０Ａに対応して図１４Ａに実線により示すように、低速域において補正転舵角δｃを付与して目標転舵角δ＊を補正する場合には、破線により示す目標転舵角δ＊を補正しない場合に比して、高周波域におけるゲインの増加が抑制されて運転者が知覚する巻き込むような違和感を改善することができる。また、図１０Ｂに対応して図１４Ｂに実線により示すように、高速域において補正転舵角δｃを付与して目標転舵角δ＊を補正する場合には、破線により示す目標転舵角δ＊を補正しない場合に比して、高周波域における位相遅れが抑制されて横加速度ａｇｙの発生が遅れることに起因して運転者が知覚する違和感を改善することができる。
以上の説明からも理解できるように、この第２実施形態によれば、上記第１実施形態と同様に、補正転舵角演算部５２は、第１伝達関数としての伝達関数Ｇｇｙ（ｓ）を用い、その周波数応答特性、より具体的には、実転舵角δの周波数変化に対して車両に発生する横加速度ａｇｙのゲインの応答特性のうちの定常成分Ｇｇｙ（０）を目標周波数応答特性として設定することができ、第２伝達関数としての伝達関数Ｋｇｙ（ｓ）を、設定した目標周波数応答特性Ｇｇｙ（０）と伝達関数Ｇｇｙ（ｓ）との差分を用いて設定することができる。これにより、伝達関数Ｋｇｙ（ｓ）は、伝達関数Ｇｇｙ（ｓ）の非定常成分すなわち車両の方向安定性および応答性に影響を与える成分を反映して設定されるため、この伝達関数Ｋｇｙ（ｓ）を用いて演算される補正転舵角δｃは、車両の方向安定性および応答性に影響を与える成分を効果的に補正するものとして演算される。
これにより、この補正転舵角δｃによって目標転舵量δ＊を補正することにより、車両に発生する横加速度ａｇｙの周波数応答特性の変化、具体的には、横加速度ａｇｙのゲインの応答特性の変化を大幅に抑制することができる。すなわち、この場合には、車両に発生する横加速度ａｇｙの周波数応答特性をほぼ一定とすることができ、方向安定性および応答性極めて良好に確保することができる。したがって、車両旋回時におけるより良好な方向安定性および応答性が得られるとともに、車両に発生する横加速度ａｇｙの変化に関し、運転者が覚える違和感をより大幅に抑制することができる。
また、補正転舵角演算部５２は、車速Ｖに応じて変化する車両の横加速度ａｇｙの周波数応答特性をも考慮して、伝達関数Ｋｇｙ（ｓ）を設定することができるため、この伝達関数Ｋｇｙ（ｓ）を用いて演算される補正転舵角δｃは、低速域における巻き込むような違和感を抑制して車両の方向安定性確保し、高速域における応答性を適切に補正するものとして演算される。したがって、車速Ｖに応じて、より良好な方向安定性および応答性が得られて、運転者が知覚する違和感を大幅に低減することができる。
ｃ．第３実施形態
上記第１および第２実施形態においては、車両の操舵装置として、操舵ハンドル１１と左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２との機械的な連結を解除したステアリングバイワイヤ方式を採用して実施した。この場合、図１５に示すように、ステアリングギア比（伝達比）を自在に調整可能なギア比可変操舵装置を採用して実施することもできる。以下、この第３実施形態を詳細に説明するが、上記第１および第２実施形態と同一部分に同一の符号を付し、その説明を省略する。
この第３実施形態における車両の操舵装置は、上記第１および第２実施形態における反力アクチュエータ１３および転舵アクチュエータ２１が省略され、操舵入力軸１２と転舵出力軸２２とが可変ギア比アクチュエータ６０によって連結されている。可変ギア比アクチュエータ６０は、電動モータ６１および減速機６２を備えており、操舵入力軸１２の回転量（または回転角）に対して、減速機６２に接続された転舵出力軸２２の回転量（または回転角）を適宜変更するものである。
電動モータ６１は、そのモータハウジングが操舵入力軸１２と一体的に接続されており、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に従って一体的に回転するようになっている。また、電動モータ６１の駆動シャフト６１ａは減速機６２に接続されており、電動モータ６１の回転力が駆動シャフト６１ａを介して減速機６２に伝達されるようになっている。減速機６２は、所定のギア機構（例えば、ハーモニックドライブ（登録商標）機構や遊星ギア機構など）によって構成されており、転舵出力軸２２はこのギア機構に接続されている。これにより、減速機６２は、電動モータ６１の回転力が駆動シャフト６１ａを介して伝達されると、所定のギア機構によって駆動シャフト６１ａの回転を適宜減速して転舵出力軸２２に回転を伝達することができる。したがって、可変ギア比アクチュエータ６０は、電動モータ６１の駆動シャフト６１ａを介して、操舵入力軸１２と転舵出力軸２２とを相対回転可能に連結しており、減速機６２によって操舵入力軸１２の回転量（または回転角）に対する転舵出力軸２２の回転量（または回転角）の比、すなわち、操舵入力軸１２から転舵出力軸２２への回転のステアリングギア比（伝達比）を適宜変更することができる。
また、この第３実施形態においては、反力アクチュエータ１３の省略に伴い、運転者によって操舵ハンドル１１に入力される操作力（操舵トルク）を軽減するための電動モータ２５が設けられている。そして、電動モータ２５が発生するトルク（アシストトルク）はラックバー２４に伝達されるようになっている。これにより、転舵出力軸２２の回転力がピニオンギア２３を介してラックバー２４に伝達されるとともに、電動モータ２５のアシストトルクがラックバー２４に伝達される。このように、電動モータ２５によるアシストトルクが付与されることにより、運転者が操舵ハンドル１１に入力する操舵トルクを軽減することができる。
また、この第３実施形態においては、電気制御装置が操舵トルクセンサ３７を備えている。操舵トルクセンサ３７は、例えば、トーションバーとともに回転するレゾルバロータとレゾルバロータと向かい合って車体側に固定されるレゾルバステータとを備えており、転舵出力軸２２に組み付けられて運転者が操舵ハンドル１１を介して転舵出力軸２２に入力する操舵トルクＴを検出する。なお、操舵トルクセンサ３７は、操舵ハンドル１１が右方向に回動操作されたときの操舵トルクＴを正の値として出力し、操舵ハンドル１１が左方向に回動操作されたときの操舵トルクＴを負の値として出力する。
さらに、この第３実施形態においては、電子制御ユニット３４に接続される駆動回路３５が電動モータ２５を駆動し、駆動回路３６が可変ギア比アクチュエータ６０の電動モータ６１を駆動するように変更される。なお、この第３実施形態においても、駆動回路３５，３６内には電動モータ２５および電動モータ６１に流れる駆動電流を検出するための電流検出器３５ａ，３６ａが設けられている。そして、電流検出器３５ａ，３６ａによって検出された駆動電流は、それぞれ、電子制御ユニット３４にフィードバックされている。
このように構成した第３実施形態においても、電子制御ユニット３４は、図２に示すように、上記第１および第２実施形態と同様に反力制御部４０および転舵制御部５０とからなる。なお、この第３実施形態においても、反力制御部４０の動作については、本発明と直接関係しないため、以下に簡単に説明しておく。
目標反力トルク演算部４１は、操舵角センサ３１から操舵角θと、車速センサ３３から車速Ｖと、操舵トルクセンサ３７から操舵トルクＴを入力する。そして、目標反力トルク演算部４１は、これら入力した操舵角θ、車速Ｖおよび操舵トルクＴの大きさに応じて、目標反力トルクＴｚ＊、すなわち、操舵トルクＴを軽減して目標反力トルクＴｚ＊とするためのアシストトルクを決定する。
このように計算された目標反力トルクＴｚ＊、言い換えれば、アシストトルクは、駆動制御部４２に供給される。そして、駆動制御部４２は、供給されたアシストトルクに応じた制御信号（例えば、ＰＷＭ制御信号）を駆動回路３５に出力することで、アシストトルクに応じた駆動電流を電動モータ２５に流す。これにより、電動モータ２５がラックバー２４に対してアシストトルクを付与し、その結果、目標反力トルクＴｚ＊に等しい反力が操舵入力軸１２を介して操舵ハンドル１１に付与される。したがって、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に対して適切な反力が付与され、運転者は、この反力を知覚しながら操舵ハンドル１１を快適に回動操作することができる。
一方、転舵制御部５０においては、目標転舵角演算部５１、補正転舵角演算部５２および最終目標転舵角演算部５３が上記第１または第２実施形態と同様に動作する。ただし、この第３実施形態においては、駆動制御部５４が可変ギア比アクチュエータ６０の電動モータ６１を駆動制御する点で異なる。すなわち、駆動制御部５４は、供給された最終目標転舵角δｄを入力するとともに、転舵角センサ３２から実転舵角δを入力し、最終目標転舵角δｄと実転舵角δとの偏差Δδ（＝δｄ−δ）を計算する。そして、駆動制御部５４は、偏差Δδに比例する目標電流ｉ＊を計算し、目標電流ｉ＊と、電流検出器３６ａにより検出した可変ギア比アクチュエータ６０内の電動モータ６１に流れる実際の電流ｉとを入力し、両者の偏差Δｉ（＝ｉ＊−ｉ）を算出する。
さらに、駆動制御部５４は、計算した偏差Δｉに比例した比例項と偏差Δｉを積分した積分項とを加算し、偏差Δｉがゼロになるように、電動モータ６１を駆動するための目標電圧ｖ＊を計算する。そして、駆動制御部５４は、目標電圧ｖ＊に対応したＰＷＭ制御電圧信号を駆動回路３６に出力する。駆動回路３６は、ＰＷＭ制御電圧信号に対応したデューティ比でスイッチング素子をオンオフして、目標電圧ｖ＊を電動モータ６１に印加する。これにより左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、電動モータ６１の駆動力により最終目標転舵角δｄまで転舵される。
このように、第３実施形態においても、目標転舵角δ＊を補正転舵角δｃによって補正し、この補正した最終目標転舵角δｄまで左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵させることができる。したがって、上記第１または第２実施形態と同様の効果が得られる。
ｄ．変形例
上記第１実施形態においては、ヨーレートγの過渡応答特性の変化を抑制して、特に、高速域における車両の方向安定性を良好に確保するようにした。一方、上記第２実施形態においては、横加速度ａｇｙの過渡応答特性の変化を抑制して、特に、低速域で運転者が知覚する巻き込むような違和感を良好に抑制するようにした。このため、車速Ｖの大きさすなわち車速域に応じて、ヨーレートγの過渡応答特性の変化を抑制することと、横加速度ａｇｙの過渡応答特性の変化を抑制することとを切り替えて実施することも可能である。
具体的に説明すると、転舵角を補正しない車両において、ヨーレートγの過渡応答特性の変化すなわち周波数変化に対するゲインおよび位相の変化は、図４Ａに示したように、中速域における変化が比較的小さい。また、転舵角を補正しない車両において、横加速度ａｇｙの過渡応答特性の変化すなわち周波数変化に対するゲインおよび位相の変化も、図１０Ａに示したように、中速域における変化が比較的小さい。
したがって、電子制御ユニット３４は、例えば、車速センサ３３から入力した車速Ｖが小さな低速域においては、上記第２実施形態と同様に、補正転舵角演算部５２により転舵角δを入力とし横加速度ａｇｙを出力する伝達関数Ｇｇｙ（ｓ）とこの伝達関数Ｇｇｙ（ｓ）の定常成分Ｇｇｙ（０）との差分を用いて、目標転舵速度δ＊’を入力とし補正転舵角δｃを出力とする伝達関数Ｋｇｙ（ｓ）を決定する。そして、この伝達関数Ｋ（ｓ）を用いて目標転舵速度δ＊’に応じた補正転舵角δｃを計算する。これにより、横加速度ａｇｙの過渡応答特性の変化を抑制することができ、低速域で運転者が知覚する巻き込むような違和感を効果的に抑制する。
そして、電子制御ユニット３４は、車速センサ３３から入力した車速Ｖが比較的大きな中速域において、横加速度ａｇｙの過渡応答特性の変化を抑制することからヨーレートγの過渡応答特性の変化を抑制することに切り替える。これにより、電子制御ユニット３４は、中・高速域においては、上記第１実施形態と同様に、補正転舵角演算部５２により転舵角δを入力としヨーレートγを出力として過渡応答特性を表す伝達関数Ｇ（ｓ）とこの伝達関数Ｇ（ｓ）の定常成分Ｇ（０）との差分を用いて、目標転舵速度δ＊’を入力とし補正転舵角δｃを出力とする伝達関数Ｋ（ｓ）を決定する。そして、この伝達関数Ｋ（ｓ）を用いて目標転舵速度δ＊’に応じた補正転舵角δｃを計算する。これにより、ヨーレートγの過渡応答特性の変化を抑制することができ、高速域における車両の方向安定性を良好に確保する。
このように、検出された車速Ｖに応じて、ヨーレートγの過渡応答特性の変化を抑制することと、横加速度ａｇｙの過渡応答特性の変化を抑制することとを切り替えて補正転舵角δｃを計算し、目標転舵角δ＊を補正することにより、車速Ｖによって異なる運転者が知覚する違和感を効果的に低減することができて、好適である。
本発明の実施にあたっては、上記第１ないし第３実施形態および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、種々の変更が可能である。
例えば、上記第１および第２実施形態においては、転舵アクチュエータ２１が転舵出力軸２２を介して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を最終目標転舵角δｄまで転舵するように実施した。また、上記第３実施形態においては、可変ギア比アクチュエータ６０が転舵出力軸２２を介して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を最終目標転舵角δｄまで転舵するように実施した。
ところで、例えば、図１５に示したように、電動モータ２５と操舵トルクセンサ３７とを備えている車両の操舵装置であれば、転舵アクチュエータ２１または可変ギア比アクチュエータ６０を用いなくても、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角δを補正転舵角δｃにより補正することが可能となる。
すなわち、上述したように、操舵トルクセンサ３７はトーションバーを備えているため、若干量ではあるが捩じることが可能である。このため、例えば、電動モータ２５を駆動させてトーションバーを捩じることが可能な範囲内であれば、補正転舵角δｃにより左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角δを補正することが可能である。ただし、この場合、一般的にトーションバーの捩じり量が増大すると操舵トルクＴが大きく検出されることになり、その結果、上記第３実施形態で説明したように、電動モータ２５によるアシストトルクが増大することになる。このため、電子制御ユニット３４は、トーションバーの捩じりを利用して転舵角δを補正するときには、例えば、電動モータ２５によるアシストトルクの発生を一時的に中止させて、誤ったアシストトルクが付与されないようにするとよい。これにより、上記第１ないし第３実施形態の場合に比して、その効果が若干劣るものの、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角δを補正することができて、運転者が知覚する違和感を抑制することができる。
また、上記第１ないし第３実施形態および変形例においては、車両を操舵するために回動操作される操舵ハンドル１１を用いるようにした。しかし、これに代えて、例えば、直線的に変位するジョイスティックタイプの操舵ハンドルを用いてもよいし、その他、運転者によって操作されるとともに車両に対する操舵を指示できるものであれば、いかなるものを用いてもよい。
さらに、上記第１および第２実施形態においては、転舵アクチュエータ２１を用いて転舵出力軸２２を回転させることにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵させるようにした。しかし、これに代えて、転舵アクチュエータ２１を用いてラックバー２４を直接的にリニアに変位させることにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵させるようにしてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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