(57)【要約】【課題】  全車速域にて一様な操舵特性および転舵応答性が得られるステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置を提供すること。【解決手段】  中速走行時または低速走行時では、トルク−ヨーレート変換部５３またはトルク−旋回曲率変換部５４が見込みヨーレートγdまたは見込み旋回曲率ρdを車速Vの増加に対して小さく計算する。転舵角変換部５６，５７はヨーレートγdまたは旋回曲率ρdに基づいて目標転舵角δγ，δρを計算する。これにより、操舵角θのダイナミックレンジを広く確保でき、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を最大転舵角δmaxまで滑らかに変化させることができる。したがって、ハンドル１１の操舵感覚を運転者の感覚特性に合わせることができる。また、検出車速Vの増加に対して最大操舵角θmaxを小さく計算することにより、ハンドル１１の回動操作に対する車両の転舵応答性を一定とすることができる。【選択図】  図２
2006082628.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、転舵輪を転舵するための転舵アクチュエータと、前記操舵ハンドルの操作に応じて前記転舵アクチュエータを駆動制御して転舵輪を転舵する転舵制御装置とを備えたステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、前記転舵制御装置を、
車両の車速を検出する車速検出手段と、
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、
車両の旋回に関係して運転者が知覚し得る車両の運動状態を表していて前記操舵ハンドルに対する操作入力値と予め定めた指数関係またはべき乗関係にある車両の見込み運動状態量を、前記操作入力値を用いて計算する運動状態量計算手段と、
前記車速検出手段によって検出された車速に応じて、前記運動状態量計算手段によって計算された見込み運動状態量の大きさを変更する運動状態量変更手段と、
前記変更された見込み運動状態量で車両が運動するために必要な前記転舵輪の転舵角を、前記変更された見込み運動状態量と前記検出された車速とを用いて計算する転舵角計算手段と、
前記計算された転舵角に応じて前記転舵アクチュエータを制御して前記転舵輪を同計算された転舵角に転舵する転舵制御手段とで構成したことを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
【請求項２】
前記運動状態量変更手段は、前記車速検出手段によって検出された車速が増加するときに、前記計算された見込み運動状態量を小さく変更する請求項１に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
【請求項３】
請求項１に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
さらに、前記操舵ハンドルに対して運転者が入力する操作入力値の最大値を、前記車速検出手段によって検出された車速に基づいて変更する最大操作入力値変更手段を備えたことを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
【請求項４】
前記最大操作入力値変更手段は、前記車速検出手段によって検出された車速が増加するときに、前記操作入力値の最大値を小さく変更する請求項３に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
【請求項５】
請求項１に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
前記転舵角計算手段は、
前記車速検出手段により検出された車速が所定の車速未満であり、同検出された車速を用いて計算した転舵輪の転舵角の値が前記転舵輪の転舵し得る最大値を越えるときには、前記操舵ハンドルに対して運転者が入力する操作入力値の最大値に対する前記転舵輪の転舵角が前記転舵輪の転舵し得る最大値と一致する関係に基づいて、前記転舵輪の転舵角を計算することを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のうちのいずれか一つに記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
前記見込み運動状態量は、前記車速検出手段により検出された車速に基づいて、車両の横加速度、ヨーレートおよび旋回曲率のうちから選択されるものであるステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のうちのいずれか一つに記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
前記操作入力値検出手段を、前記操舵ハンドルの変位量を検出する変位量センサで構成するとともに、
前記運動状態量計算手段を、前記検出された変位量を前記操舵ハンドルに付与される操作力に変換する操作力変換手段と、前記変換された操作力を前記見込み運動状態量に変換する運動状態量変換手段とで構成したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項６のうちのいずれか一つに記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
前記操作入力値検出手段を、前記操舵ハンドルに付与される操作力を検出する操作力センサで構成するとともに、
前記運動状態量計算手段を、前記検出された操作力を前記見込み運動状態量に変換する運動状態量変換手段で構成したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のうちのいずれ一つに記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、さらに、
前記計算した見込み運動状態量と同一種類であって車両の実際の運動状態を表す実運動状態量を検出する運動状態量検出手段と、
前記計算された見込み運動状態量と前記検出された実運動状態量との差に応じて前記計算された転舵角を補正する補正手段とを設けたことを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のうちのいずれ一つに記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、さらに、
前記操舵ハンドルの操作に対して反力を付与する反力装置を設けたことを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
【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、転舵輪を転舵するための転舵アクチュエータと、操舵ハンドルの操作に応じて転舵アクチュエータを駆動制御して転舵輪を転舵する転舵制御装置とを備えたステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、この種のステアリングバイワイヤ方式の操舵装置の開発は、積極的に行なわれるようになった。そして、例えば下記特許文献１は、操舵角および車速を検出し、操舵角の増加に従って減少するとともに車速の増加に従って増加する伝達比を計算し、この伝達比で操舵角を除算することにより前輪の転舵角（ラック軸の変位量）を計算して、同計算した転舵角に前輪を転舵するようにした操舵装置が示されている。また、この操舵装置においては、検出ハンドル操舵角を時間微分した操舵速度に応じて前記計算した転舵角を補正することにより、前輪の転舵応答性・追従性を高めるようにしている。さらに、検出車速および検出ハンドル操舵角を用いて目標ヨーレートを計算し、この計算した目標ヨーレートと検出した実ヨーレートとの差に応じて前記計算した転舵角を補正することにより、車両の挙動状態を考慮した転舵制御を実現するようにもなっている。
【０００３】
また、下記特許文献２には、操舵トルクおよびハンドル操舵角を検出し、操舵トルクおよびハンドル操舵角の増加に従って増加する２つの転舵角をそれぞれ計算し、これらの計算した両転舵角を加算した転舵角に前輪を転舵するようにした操舵装置が示されている。この操舵装置においては、車速も検出して、この検出車速により前記両転舵角を補正して、転舵特性を車速に応じて変更するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−８５６０４号公報
【特許文献２】特開平１１−１２４０４７号公報
【０００５】
しかし、上記従来の装置のいずれにおいても、運転者による操舵ハンドルに対する操作入力値である操舵角および操舵トルクを検出し、これらの検出した操舵角および操舵トルクを用いて前輪の転舵角を直接的に計算して、この計算した転舵角に前輪を転舵するようにしている。しかし、これらの前輪の転舵制御は、従前の操舵ハンドルと転舵輪との機械的な連結を外してはいるものの、操舵ハンドルの操作に対する前輪の操舵方法としては、操舵ハンドルの操作位置または操作力に対応させて前輪の転舵角を決定するという基本的な技術思想は全く同じであり、これらの転舵方法では、人間の感覚特性に対応して前輪の転舵角が決定されていないので、車両の運転操作が難しかった。
【０００６】
すなわち、前記従来の装置においては、運転者が知覚し得ない転舵角が操舵ハンドルの操作に対応させて直接的に決定され、同転舵角に応じた前輪の転舵によって車両が旋回する。そして、運転者はこの車両の旋回に起因した車両の横加速度、ヨーレートおよび旋回曲率を触覚または視覚により感じ取り、操舵ハンドルの操作にフィードバックして車両を所望の態様で旋回させていた。言い換えれば、運転者による操舵ハンドルの操作に対する前輪の転舵角は人間の知覚し得ない物理量であるので、運転者の操舵操作に対して直接的に決定される転舵角は運転者の知覚特性に合わせて決められたものではなく、これが車両の運転を難しくしていた。
【０００７】
また、上記従来の装置においても、検出車速および検出ハンドル操舵角を用いて計算した目標ヨーレートと、検出した実ヨーレートとの差に応じて決定転舵角を補正するようにしているが、これは車両の挙動状態を考慮した転舵角の単なる補正であって、操舵ハンドルの操作により運転者が知覚するであろうヨーレートに応じて転舵角を決定しているわけではない。したがって、この場合も、運転者の操舵操作に対して決定される転舵角は運転者の知覚特性に合わせて決められたものではなく、車両の運転を難しくしていた。
【０００８】
また、上記従来の装置のようなステアリングバイワイヤ方式の操舵装置においては、車速が変化することによって運転者の操舵感覚も変化して、運転者が違和感を覚える場合がある。すなわち、上記従来のステアリングバイワイヤ方式の操舵装置においては、車速の変化に伴って、その伝達比を適宜変更することが可能であるものの、同ギア比の変更に関しては一義的に変更されるのみである。言い換えれば、運転者の知覚特性に合わせて変更されるものではないため、運転者は伝達比の変更に伴って操舵特性に関し違和感を覚える場合がある。
【発明の開示】
【０００９】
本発明者等は、上記問題に対処するために、運転者による操舵ハンドルの操作に対して、人間の知覚特性に合わせて車両を操舵することができる車両の操舵装置の研究に取り組んだ。このような人間の知覚特性に関し、ウェーバー・ヘフナー（Weber-Fechner）の法則によれば、人間の感覚量は与えられた刺激の物理量の対数に比例すると言われている。言い換えれば、人間の操作量に対して人間に与えられる刺激の物理量を指数関数的に、または、べき乗関数的に変化させれば、操作量と物理量との関係を人間の知覚特性に合わせることができる。本発明者等は、このウェーバー・ヘフナーの法則を車両の操舵操作に適用し、次のようなことを発見した。
【００１０】
車両の運転にあたっては、操舵ハンドルの操作によって車両は旋回し、この車両の旋回によって横加速度、ヨーレート、旋回曲率などの車両の運動状態量が変化し、運転者はこの車両の運動状態量を触覚および視覚により感じ取るものである。したがって、前記操舵ハンドルに対する運転者の操作に対して、運転者が知覚し得る車両の運動状態量を指数関数的またはべき乗関数的に変化させるようにすれば、運転者は、知覚特性に合わせて操舵ハンドルを操作して車両を運転できることになる。
【００１１】
本発明は、上記発見に基づくもので、その目的は、人間の知覚特性に合わせて車両を操舵することにより車両の運転を易しくするとともに、全車速域にて一様な操舵特性および転舵応答性が得られるステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置を提供することにある。
【００１２】
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、転舵輪を転舵するための転舵アクチュエータと、前記操舵ハンドルの操作に応じて前記転舵アクチュエータを駆動制御して転舵輪を転舵する転舵制御装置とを備えたステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、前記転舵制御装置を、車両の車速を検出する車速検出手段と、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、車両の旋回に関係して運転者が知覚し得る車両の運動状態を表していて前記操舵ハンドルに対する操作入力値と予め定めた指数関係またはべき乗関係にある車両の見込み運動状態量を、前記操作入力値を用いて計算する運動状態量計算手段と、前記車速検出手段によって検出された車速に応じて、前記運動状態量計算手段によって計算された見込み運動状態量の大きさを変更する運動状態量変更手段と、前記変更された見込み運動状態量で車両が運動するために必要な前記転舵輪の転舵角を、前記変更された見込み運動状態量と前記検出された車速とを用いて計算する転舵角計算手段と、前記計算された転舵角に応じて前記転舵アクチュエータを制御して前記転舵輪を同計算された転舵角に転舵する転舵制御手段とで構成したことにある。
【００１３】
この場合、前記運動状態量変更手段は、前記車速検出手段によって検出された車速が増加するときに、前記計算された見込み運動状態量を小さく変更するとよい。さらに、前記操舵ハンドルに対して運転者が入力する操作入力値の最大値を、前記車速検出手段によって検出された車速に基づいて変更する最大操作入力値変更手段を備えるとよい。また、前記最大操作入力値変更手段は、前記車速検出手段によって検出された車速が増加するときに、前記操作入力値の最大値を小さく変更するとよい。さらに、前記転舵角計算手段は、前記車速検出手段により検出された車速が所定の車速未満であり、同検出された車速を用いて計算した転舵輪の転舵角の値が前記転舵輪の転舵し得る最大値を越えるときには、前記操舵ハンドルに対して運転者が入力する操作入力値の最大値に対する前記転舵輪の転舵角が前記転舵輪の転舵し得る最大値と一致する関係に基づいて、前記転舵輪の転舵角を計算するとよい。
【００１４】
また、これらの場合、前記見込み運動状態量は、前記車速検出手段により検出された車速に基づいて、例えば、車両の横加速度、ヨーレートおよび旋回曲率のうちから選択されるものである。また、この車両の操舵装置において、さらに、操舵ハンドルの操作に対して反力を付与する反力装置を設けておくとよい。
【００１５】
また、操作入力値検出手段を、例えば、前記操舵ハンドルの変位量を検出する変位量センサで構成するとともに、前記運動状態量計算手段を、前記検出された変位量を前記操舵ハンドルに付与される操作力に変換する操作力変換手段と、前記変換された操作力を前記見込み運動状態量に変換する運動状態量変換手段とで構成するとよい。また、前記操作入力値検出手段を、例えば、前記操舵ハンドルに付与される操作力を検出する操作力センサで構成するとともに、前記運動状態量計算手段を、前記検出された操作力を前記見込み運動状態量に変換する運動状態量変換手段で構成するとよい。
【００１６】
上記のように構成した本発明においては、まず、操舵ハンドルに対する運転者の操作入力値が、車両の旋回に関係して運転者が知覚し得る車両の運動状態を表していて操舵ハンドルに対する操作入力値と予め定めた指数関係またはべき乗関係にある車両の見込み運動状態量（横加速度、ヨーレート、旋回曲率など）に変換される。このとき、車両の車速に応じて、車両の見込み運動状態量の大きさを、例えば、車速が増加したときに小さく変更する。そして、この変換された見込み運動状態量と車両の車速とに基づいて、前記運転者が見込んだ見込み運動状態量で車両が運動するために必要な転舵輪の転舵角が計算されて、この計算された転舵角に転舵輪が転舵される。
【００１７】
したがって、転舵輪の転舵によって車両が旋回すると、この旋回により、運転者には、前記ウェーバー・ヘフナーの法則による「与えられた刺激の物理量」として前記見込み運動状態量が与えられる。そして、操作入力値に対して指数関数的またはべき乗関数的に変化するものであるので、運転者は、人間の知覚特性に合った運動状態量を知覚しながら、操舵ハンドルを操作できる。なお、横加速度およびヨーレートについては、運転者が車両内の各部位との接触により触覚的に感じ取ることができる。また、旋回曲率については、運転者が車両の視野内の状況の変化により視覚的に感じ取ることができる。その結果、本発明によれば、運転者は、人間の知覚特性に合わせて操舵ハンドルを操作できるので、車両の運転が簡単になる。
【００１８】
また、転舵輪の転舵角は、見込み運動状態量と車速に基づいて計算される。より正確には、見込み運動状態量は、操作入力値を用いて計算されるため、転舵角は、操作入力値と車速に基づいて計算される。このため、例えば、見込み運動状態量が大きく（すなわち操作入力値が大きく）、車速が増加している場合には、計算される転舵角が転舵輪の転舵し得る最大値を越える可能性がある。言い換えれば、運転者が知覚しない転舵角により、操舵ハンドルの回動操作範囲が限定される可能性がある。このため、運転者は、操舵ハンドルの操舵特性に関して違和感を覚える場合がある。これに対して、見込み運動状態量を車速に応じて変化させる、例えば、車速が増加したときに見込み運動状態量を小さく変更することによって、運転者による操舵ハンドルの回動操作範囲を全車速域に渡り同等に確保することができる。これにより、運転者は、全車速域において、同等に確保された回動操作範囲内で操舵ハンドルを回動操作することにより、車両の運動状態量を見込みことができる。したがって、車速が変化した場合であっても、一様な操舵特性を確保することができて、運転者が違和感を覚えることがない。
【００１９】
一方、全車速域に渡り操舵ハンドルの回動操作範囲を同等に確保した場合においては、運転者が操舵ハンドルを回動操作したときに、転舵輪の転舵制御に応答遅れを知覚する可能性がある。すなわち、回動操作範囲が大きくなるに従って、運転者は、見込み運動状態量で車両を旋回させるために必要な操作入力値を大きくする必要があり、これに起因して転舵輪の転舵制御に応答遅れを知覚する場合がある。このため、操舵ハンドルに運転者が入力する操作入力値の最大値を車速の変化に応じて変更（例えば、小さく変更）することにより、中立位置から変更された操作入力値の最大値までの運転者による操作入力値と、この操作入力値を用いて計算される見込み運動状態量との関係を車速に応じて適切に設定することができる。したがって、操舵ハンドルの回動操作に対する転舵輪の転舵制御において、運転者が応答遅れを知覚しないようにできる。
【００２０】
また、上述したように、転舵輪の転舵角は、操作入力値と車速に基づいて計算されるため、車速が極めて小さい（例えば、車庫入れのための低速移動など）場合にも、計算される転舵角がシステム上取り得る転舵角の最大値を越える可能性がある。この場合には、運転者が操舵ハンドルを操作しても転舵輪がそれ以上転舵しない状態が生じ、車両が運転者の見込んだ運動状態量で旋回しない場合がある。これにより、運転者は、操舵ハンドルの操舵特性に関して違和感を覚える場合がある。これに対して、所定の車速未満のときには、操舵ハンドルに対して運転者が入力する操作入力値の最大値に対する転舵輪の転舵角が転舵輪の転舵し得る最大値（最大転舵角）と一致する関係に基づいて転舵角を計算することにより、計算される転舵角の値を転舵輪が転舵し得る範囲内で求めることができる。したがって、運転者は、操舵ハンドルを操作すれば同操作に応じて転舵輪が常に転舵するため、車両を見込んだ運動状態量で旋回させることができて、違和感を覚えることがない。
【００２１】
また、本発明の他の特徴は、前記構成にさらに、見込み運動状態量と同一種類であって車両の実際の運動状態を表す実運動状態量を検出する運動状態量検出手段と、前記計算された見込み運動状態量と前記検出された実運動状態量との差に応じて前記計算された転舵角を補正する補正手段とを設けたことにある。これによれば、転舵輪は、前記計算された見込み運動状態量で車両が運動するために必要な転舵角にさらに正確に転舵されることになる。その結果、運転者は、人間の知覚特性に正確に合った運動状態量を知覚しながら、操舵ハンドルを操作できるようになるので、車両の運転がさらに簡単になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
ａ．第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態に係る車両の操舵装置について図面を用いて説明する。図１は、第１実施形態に係る車両の操舵装置を概略的に示している。
【００２３】
この操舵装置は、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。
【００２４】
また、この操舵装置は、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。
【００２５】
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、車速センサ３３、横加速度センサ３４およびヨーレートセンサ３５を備えている。
【００２６】
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として出力する。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）として出力する。なお、操舵角θおよび実転舵角δは、中立位置を「０」とし、左方向の回転角を正の値で表すとともに、右方向の回転角を負の値でそれぞれ表す。車速センサ３３は、車速Vを検出して出力する。横加速度センサ３４は、車両の実横加速度Gを検出して出力する。ヨーレートセンサ３５は、車両の実ヨーレートγを検出して出力する。なお、実横加速度Gも実ヨーレートγも、左方向の加速度およびヨーレートを正で表し、右方向の加速度およびヨーレートを負で表す。
【００２７】
これらのセンサ３１〜３５は、電子制御ユニット３６に接続されている。電子制御ユニット３６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３６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３７，３８がそれぞれ接続されている。駆動回路３７，３８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３７ａ，３８ａが設けられている。電流検出器３７ａ，３８ａによって検出された駆動電流は、両電動モータの駆動を制御するために、電子制御ユニット３６にフィードバックされている。
【００２８】
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３６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。電子制御ユニット３６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、操舵ハンドル１１の回動操作に基づいて運転者の感覚特性に対応した左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δg，γδ，δρを決定するための感覚適合制御部５０と、決定された目標転舵角δg，γδ，δρに基づいて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵制御するための転舵制御部６０とからなる。
【００２９】
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が検出されて、同検出された操舵角θを反力制御部４０および感覚適合制御部５０にそれぞれ出力する。反力制御部４０においては、変位−トルク変換部４１が、下記式１を用いて、操舵角θの指数関数である反力トルクTzを計算する。
Tz＝To・exp(K1・θ)  …式１
ただし、前記式１中のTo，K1は定数であり、これらの値に関しては後述する感覚適合制御部５０の説明時に詳しく説明する。また、前記式１中の操舵角θは前記検出操舵角θの絶対値を表しているものとし、検出操舵角θが正であれば定数Toを負の値とするとともに、検出操舵角θが負であれば定数Toを前記負の定数Toと同じ絶対値を有する正の値とする。なお、前記式１の演算に代えて、操舵角θに対する反力トルクTzを記憶した図３に示すような特性の変換テーブルを用いて、反力トルクTzを計算するようにしてもよい。
【００３０】
この計算された反力トルクTzは、駆動制御部４２に供給される。駆動制御部４２は、駆動回路３７から反力アクチュエータ１３内の電動モータに流れる駆動電流を入力し、同電動モータに反力トルクTzに対応した駆動電流が流れるように駆動回路３７をフィードバック制御する。この反力アクチュエータ１３内の電動モータの駆動制御により、同電動モータは、操舵入力軸１２を介して操舵ハンドル１１に反力トルクTzを付与する。したがって、運転者は、この操舵角θに対して指数関数的に変化する反力トルクTzを感じながら、言い換えればこの反力トルクTzに等しい操舵トルクを操舵ハンドル１１に加えながら、操舵ハンドル１１を回動操作することになる。この操舵角θと反力トルクTzの関係も上述したウェーバー・ヘフナーの法則に従うものであり、運転者は、操舵ハンドル１１から人間の知覚特性に合った感覚を受けながら、操舵ハンドル１１を回動操作できる。
【００３１】
一方、感覚適合制御部５０に入力された操舵角θは、変位−トルク変換部５１にて前記式１と同様な下記式２に従って操舵トルクTdを計算する。
Td＝To・exp(K1・θ)  …式２
この場合も、前記式２中のTo，K1は、前記式１と同様な定数である。ただし、前記式２中の操舵角θは前記検出操舵角θの絶対値を表しているものであるが、検出操舵角θが正であれば定数Toを正の値とするとともに、検出操舵角θが負であれば定数Toを前記正の定数Toと同じ絶対値を有する負の値とする。なお、この場合も、前記式２の演算に代えて、操舵角θに対する操舵トルクTdを記憶した図３に示すような特性の変換テーブルを用いて、操舵トルクTdを計算するようにしてもよい。
【００３２】
この計算された操舵トルクTdは、トルク−横加速度変換部５２、トルク−ヨーレート変換部５３およびトルク−旋回曲率変換部５４に供給される。ここで、トルク−横加速度変換部５２、トルク−ヨーレート変換部５３およびトルク−旋回曲率変換部５４は、車速センサ３３によって検出された車速Vに応じて、それぞれ、供給された操舵トルクTdを変換する。すなわち、検出車速Vが大きいとき（以下、高速走行時という）には、トルク−横加速度変換部５２が、供給された操舵トルクTdを運転者が操舵ハンドル１１の回動操作により見込んでいる見込み横加速度Gdに変換する。また、検出車速Vがある程度大きいとき（以下、中速走行時という）には、トルク−ヨーレート変換部５３が、供給された操舵トルクTdを運転者が操舵ハンドル１１の回動操作により見込んでいる見込みヨーレートγdに変換する。さらに、検出車速Vが小さいとき（以下、低速走行時という）には、トルク−旋回曲率変換部５４が、供給された操舵トルクTdを運転者が操舵ハンドル１１の回動操作により見込んでいる見込み旋回曲率ρdに変換する。以下、まず、高速走行時において、トルク−横加速度変換部５２により変換された見込み横加速度Gdに基づき、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵制御される場合から説明する。
【００３３】
トルク−横加速度変換部５２は、見込み横加速度Gdを、操舵トルクTdの絶対値が正の小さな所定値To未満であれば下記式３のように「０」とし、操舵トルクTdの絶対値が正の小さな所定値To以上であれば下記式４に従って変換（計算）する。
Gd＝０  （｜Td｜＜To）  …式３
Gd＝C・TdK2  （To≦｜Td｜）  …式４
ただし、前記式４中のC，K2は定数である。また、前記式４中の操舵トルクTdは前記式２を用いて計算した操舵トルクTdの絶対値を表しているものであり、前記計算した操舵トルクTdが正であれば定数Cを正の値とするとともに、前記計算した操舵トルクTdが負であれば定数Cを前記正の定数Cと同じ絶対値を有する負の値とする。なお、この場合も、前記式３，４の演算に代えて、操舵トルクTdに対する見込み横加速度Gdを記憶した図４に示すような特性の変換テーブルを用いて、見込み横加速度Gdを計算するようにしてもよい。
【００３４】
ここで、前記式４について説明しておく。前記式２を用いて、前記式４中の操舵トルクTdを消去すると、下記式５に示すようになる。
Gd＝C・(To・exp(K1・θ))K2＝C・ToK2・exp(K1・K2・θ)＝Go・exp(K1・K2・θ)  …式５
前記式５において、Goは定数C・ToK2であり、式５は、運転者による操舵ハンドル１１の操舵角θに対して見込み横加速度Gdが指数関数的に変化していることを示す。そして、この見込み横加速度Gdは、車内の所定部位への運転者の体の一部の接触によって運転者が知覚し得る物理量であり、前述したウェーバー・ヘフナーの法則に従ったものである。したがって、運転者が、この見込み横加速度Gdに等しい横加速度を知覚しながら操舵ハンドル１１を回動することができれば、操舵ハンドル１１の回動操作と車両の操舵との関係を人間の知覚特性に対応させることができる。
【００３５】
このように、前記式４（すなわち式５）に示された見込み横加速度Gdは操舵ハンドル１１の操作量である操舵角θに対して指数関数的に変化するものであるので、人間の知覚特性に合ったものである。さらに、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作にとって最も簡単な方法は操舵ハンドル１１を一定速度ω（θ＝ω・ｔ）で回動することであり、この回動操作によれば、見込み横加速度Gdは下記式６に示すように時間tに対して指数関数的に変化する。したがって、これからも、前記見込み横加速度Gdに等しい横加速度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れば、運転者の操舵ハンドル１１の回動操作が簡単になることが分かる。
Gd＝Go・exp(K0・ω・ｔ)  …式６
ただし、K0は、K0＝K1・K2の関係にある定数である。
【００３６】
また、前記式３に示されるように、操舵トルクTdが所定値To未満である場合、見込み横加速度Gdは「０」に保たれている。これは、操舵角θが「０」のとき、すなわち操舵ハンドル１１が中立位置に保たれる場合でも、前記式２の演算により、操舵トルクTdは正の所定値Toとなり、この操舵トルクTd（＝To）を前記式４の演算に適用してしまうと、見込み横加速度Gdは正の値C・ToK2になって、これは現実的でない。しかしながら、前述のように、操舵トルクTdが所定値To未満であれば、見込み横加速度Gdは「０」であるので、この問題は解決される。
【００３７】
また、この場合、運転者が知覚し得る最小操舵トルクを前記所定値Toとし、運転者が知覚し得る最小知覚横加速度をGoとし、かつ所定値ToがGo＝C・ToK2の関係となるようにすれば、操舵トルクTdが所定値Toになるまで、すなわち運転者の操舵ハンドル１１の操作によって車両が旋回して運転者が車両に発生する横加速度を感じるまで、車両の見込み横加速度Gdが「０」に保たれる。これによれば、最小操舵トルクTo以上で操舵ハンドル１１を操舵したときのみ、見込み横加速度Gdを発生させるために必要な転舵角だけ左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は転舵制御され、この転舵制御が車両の操舵に的確に対応したものとなる。
【００３８】
次に、前記式１〜５で用いたパラメータK1，K2，C（所定の係数K1，K2，C）の決め方について説明しておく。なお、このパラメータK1，K2，Cの決め方の説明においては、操舵トルクTdを操舵トルクTとして扱い、また、見込み横加速度Gdを横加速度Gとして扱う。前述したウェーバー・ヘフナーの法則によれば、「人間の知覚できる最小の物理量変化ΔＳとその時点での物理量Ｓとの比ΔＳ／Ｓは、物理量Ｓの値によらず一定となり、その比ΔＳ／Ｓをウェーバー比という」ことになっている。本発明者等は、操舵トルクTdと見込み横加速度Gd、見込みヨーレートγdおよび見込み旋回曲率ρdに関し、ウェーバー・ヘフナーの法則が成立することを確認するとともに、ウェーバー比を決定するために、次のような実験を、男女、年齢、車両の運転歴などの異なる種々の人間に対して行った。
【００３９】
操舵トルクに関しては、車両の操舵ハンドルにトルクセンサを組付け、操舵ハンドルに検査用のトルクを外部から付与するとともに同検査用トルクを種々の態様で変化させながら、この検査用トルクに抗して人間が操舵ハンドルに操作力を加えて同操舵ハンドルを回転させないように調整する人間の操舵トルク調整能力を計測した。すなわち、前記状況下で、ある時点での検出操舵トルクをTとし、同検出操舵トルクTからの変化を知覚し得る最小の操舵トルク変化量をΔTとしたときの比の値ΔT／Tすなわちウェーバー比を種々の人間に対して計測した。この実験の結果によれば、操舵ハンドルの操作方向、操舵ハンドルを把持する手の状態、検査用トルクの大きさおよび方向によらず、種々の人間に対してウェーバー比ΔT／Tはほぼ一定の値αとなった。
【００４０】
横加速度に関しては、運転席の側方に壁部材を設けて同壁部材に人間の肩の押圧力を検出する力センサを組付け、人間に操舵ハンドルを把持させるとともに壁部材の力センサに肩を接触させ、壁部材に検査用の力を人間に対して横方向に外部から付与するとともに同検査用の力を種々の態様で変化させながら、この検査用の力に抗して人間が壁部材を押して壁部材が移動しないように調整する、すなわち姿勢を維持する人間の横力調整能力を計測した。すなわち、前記状況下で、ある時点での外部からの横力に耐えて姿勢を維持する検出力をFとし、同検出力Fからの変化を知覚し得る最小の力変化量をΔFとしたときの比の値ΔF／Fすなわちウェーバー比を種々の人間に対して計測した。この実験の結果によれば、壁部材に付与される基準力の大きさおよび方向によらず、種々の人間に対してウェーバー比ΔF／Fはほぼ一定の値βとなった。
【００４１】
一方、前記式２を微分するとともに、同微分した式において式２を考慮すると、下記式７が成立する。
ΔT＝To・exp(K1・θ)・K1・Δθ＝T・K1・Δθ  …式７
この式７を変形するとともに、前記実験により求めた操舵トルクに関するウェーバー比ΔT／TをKtとすると、下記式８が成立する。
K1＝ΔT／(T・Δθ)＝Kt／Δθ  …式８
【００４２】
また、最大操舵トルクをTmaxとすれば、前記式２より下記式９が成立する。
Tmax＝To・exp(K1・θmax)  …式９
この式９を変形すれば、下記式１０が成立する。
K1＝log(Tmax／To)／θmax  …式１０
そして、前記式８および式１０から下記式１１が導かれる。
Δθ＝Kt／K1＝Kt・θmax／log(Tmax／To)  …式１１
この式１１において、Ktは操舵トルクTのウェーバー比であり、θmaxは操舵角の最大値であり、Tmaxは操舵トルクの最大値であり、Toは前記したように人間が知覚し得る最小操舵トルクに対応するものであり、これらの値Kt，θmax，Tmax，Toはいずれも実験およびシステムによって決定される定数であるので、前記微分値Δθは前記式１１を用いて計算できる。そして、この微分値Δθとウェーバー比Ktを用いて、前記式８に基づいて所定値（係数）K1も計算できる。
【００４３】
また、前記式４を微分するとともに、同微分した式において式４を考慮すると、下記式１２が成立する。
ΔG＝C・K2・TK2-1・ΔT＝G・K2・ΔT／T  …式１２
この式１２を変形し、かつ前記実験により求めた操舵トルクに関するウェーバー比ΔT／TをKtとするとともに、横加速度に関するウェーバー比F／FをKaとすると下記式１３，１４が成立する。
ΔG／G＝K2・ΔT／T  …式１３
K2＝Ka／Kt  …式１４
この式１４において、Ktは操舵トルクに関するウェーバー比であるとともに、Kaは横加速度に関するウェーバー比であって、共に定数として与えられるものであるので、これらのウェーバー比Kt，Kaを用いて、前記式１４に基づいて係数K2も計算できる。
【００４４】
また、横加速度の最大値をGmaxとし、操舵トルクの最大値をTmaxとすれば、前記式４から下記式１５が導かれる。
C＝Gmax／TmaxK2  …式１５
そして、この式１５においては、GmaxおよびTmaxは実験およびシステムによって決定される定数であり、かつK2は前記式１４によって計算されるものであるので、定数（係数）Cも計算できる。
【００４５】
以上のように、操舵角θの最大値θmax、操舵トルクTの最大値Tmax、横加速度Gの最大値Gmax、最小操舵トルクTo、最小感知横加速度Go、操舵トルクTに関するウェーバー比Kt、および横加速度に関するウェーバー比Kaを、実験およびシステムによって決定すれば、前記式１〜４における係数K1、K2，Cを予め計算により決定しておくことができる。したがって、変位−トルク変換部４１，５１およびトルク−横加速度変換部５２においては、前記式１〜４を用いて、運転者の知覚特性に合った反力トルクTz、操舵トルクTdと、トルク−横加速度変換部５２見込み横加速度Gdを計算することができる。
【００４６】
ふたたび、図２の説明に戻ると、トルク−横加速度変換部５２によって計算された見込み横加速度Gdは、転舵角変換部５５に供給される。転舵角変換部５５は、計算された見込み横加速度Gdを発生するのに必要な左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δgを計算するものであり、図５に示すように車速Vに応じて変化して見込み横加速度Gdに対する目標転舵角δgの変化特性を表すテーブルを有する。このテーブルは、車速Vを変化させながら車両を走行させて、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角δと横加速度Gとを予め実測して収集したデータの集合である。そして、転舵角変換部５５は、このテーブルを参照して、前記入力した見込み横加速度Gdと車速センサ３３から入力した検出車速Vとに対応した目標転舵角δgを計算する。また、前記テーブルに記憶されている横加速度G（見込み横加速度Gd）と目標転舵角δgはいずれも正であるが、トルク−横加速度変換部５２から供給される見込み横加速度Gdが負であれば、出力される目標転舵角δgも負となる。
【００４７】
なお、目標転舵角δgは下記式１６に示すように車速Vと横加速度Gの関数であるので、前記テーブルを参照することに代えて、下記式１６の演算の実行によっても計算することができる。
δg＝Ｌ・(１＋Ａ・Ｖ2)・Ｇd／Ｖ2  …式１６
ただし、前記式１６中のLはホイールベースを示す予め決められた所定値であり、Aは車両の運動性能を表す予め決められた所定値である。
【００４８】
この計算された目標転舵角δgは、転舵制御部６０の転舵角補正部６１に供給される。転舵角補正部６１は、トルク−横加速度変換部５２から見込み横加速度Gdを入力するとともに、横加速度センサ３４によって検出された実横加速度Gをも入力しており、下記式１７の演算を実行して、入力した目標転舵角δgを補正して補正目標転舵角δdaを計算する。
δda＝δg＋K3・(Gd−G)  …式１７
ただし、係数K3は予め決められた正の定数であり、実横加速度Gが見込み横加速度Gdに満たない場合には、補正目標転舵角δdaの絶対値が大きくなる側に補正される。また、実横加速度Gが見込み横加速度Gdを超える場合には、補正目標転舵角δdaの絶対値が小さくなる側に補正される。この補正により、見込み横加速度Gdに必要な左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角がより精度よく確保される。
【００４９】
この計算された補正目標転舵角δdaは、駆動制御部６３に供給される。駆動制御部６３は、転舵角センサ３２によって検出された実転舵角δを入力し、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が補正目標転舵角δdaに転舵されるように転舵アクチュエータ２１内の電動モータの回転をフィードバック制御する。また、駆動制御部６３は、駆動回路３８から同電動モータに流れる駆動電流も入力し、操舵トルクに対応した大きさの駆動電流が同電動モータに適切に流れるように駆動回路３８をフィードバック制御する。この転舵アクチュエータ２１内の電動モータの駆動制御により、同電動モータの回転は、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によりラックバー２４を軸線方向に変位させる。そして、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は補正目標転舵角δdaに転舵される。
【００５０】
次に、中速走行時において、図２に示したトルク−ヨーレート変換部５３により変換された見込みヨーレートγdに基づき、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵制御される場合を説明する。トルク−ヨーレート変換部５３は、運転者が操舵ハンドル１１の回動操作により見込んでいる見込みヨーレートγdを、操舵トルクTdの絶対値が正の小さな所定値To未満であれば下記式１８のように「０」とし、操舵トルクTdの絶対値が正の小さな所定値To以上であれば下記式１９に従って計算する。
γd＝０  （｜Td｜＜To）  …式１８
γd＝C1・TdK2  （To≦｜Td｜）  …式１９
ただし、式１９中のK2は、前記式４と同じく定数であり、C1は車速Vに応じて変化する変数である。また、この場合も、前記式１９中の操舵トルクTdは前記式２を用いて計算された操舵トルクTdの絶対値を表しているものであり、前記計算した操舵トルクTdが正であれば変数C1を正の値とするとともに、前記計算した操舵トルクTdが負であれば変数C1を前記正の変数C1と同じ絶対値を有する負の値とする。なお、この場合、前記式１８，１９の演算に代えて、操舵トルクTdに対する見込みヨーレートγdを記憶した図６に示すような特性の変換テーブルを用いて、見込みヨーレートγdを計算するようにしてもよい。
【００５１】
ここで、前記式１９について説明しておく。前記式２を用いて操舵トルクTdを消去すると、下記式２０に示すようになる。
γd＝C1・(To・exp(K1・θ))K2＝C1・ToK2・exp(K1・K2・θ)＝γo・exp(K1・K2・θ)  …式２０
前記式２０において、車速Vが一定であれば変数C1が定数となるため、γoは定数C1・ToK2となり、式２０は、運転者による操舵ハンドル１１の操舵角θに対して見込みヨーレートγdが指数関数的に変化していることを示す。そして、この見込みヨーレートγdは、運転者の視覚や車内の所定部位への接触によって運転者が知覚し得る物理量であり、前述したウェーバー・ヘフナーの法則に従ったものである。したがって、運転者が、この見込みヨーレートγdに等しいヨーレート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れば、ハンドルの回動操作と車両の操舵との関係を人間の知覚特性に対応させることができる。
【００５２】
また、中速走行時に見込みヨーレートγdに基づいて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵制御する場合においても、前記式１８に示されるように、操舵トルクTdが所定値To未満である場合、見込みヨーレートγdは「０」に保たれている。これにより、操舵ハンドル１１が中立位置に保たれる場合には、高速走行時の場合と同様に、見込みヨーレートγdは「０」であり、現実的な操舵特性を得ることができる。また、この場合、運転者が知覚し得る最小操舵トルクを前記所定値Toとし、運転者が知覚し得る最小知覚ヨーレートをγoとし、かつ所定値Toがγo＝C1・ToK2の関係となるようにすれば、操舵トルクTdが所定値Toになるまで、すなわち運転者の操舵ハンドル１１の操作によって車両が旋回して運転者が車両に発生するヨーレートを感じるまで、車両の見込みヨーレートγdが「０」に保たれる。これによれば、最小操舵トルクTo以上で操舵ハンドル１１を操舵したときのみ見込みヨーレートγdを発生させるために必要な転舵角だけ左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は転舵制御され、この転舵制御が車両の操舵に的確に対応したものとなる。
【００５３】
そして、トルク−ヨーレート変換部５３によって計算された見込みヨーレートγdは、転舵角変換部５６に供給される。転舵角変換部５６は、計算された見込みヨーレートγdを発生するのに必要な左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δγを計算するものであり、図７に示すように車速Vに応じて変化して見込みヨーレートγdに対する目標転舵角δγの変化特性を表すテーブルを有する。このテーブルは、車速Vを変化させながら車両を走行させて、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角δとヨーレートγとを予め実測して収集したデータの集合である。そして、転舵角変換部５６は、このテーブルを参照して、前記入力した見込みヨーレートγdと車速センサ３３から入力した検出車速Vに対応した目標転舵角δγを計算する。また、前記テーブルに記憶されているヨーレートγ（見込みヨーレートγd）と目標転舵角δγはいずれも正であるが、転舵角変換部５６から供給される見込みヨーレートγdが負であれば出力される目標転舵角δγも負となる。
【００５４】
なお、目標転舵角δγも、下記式２１に示すように、車速Vとヨーレートγの関数であるので、前記テーブルを参照することに代えて、下記式２１の演算の実行によっても計算することができる。
δγ＝Ｌ・(１＋Ａ・Ｖ2)・γd／Ｖ  …式２１
ただし、前記式２１においても、Lはホイールベースを示す予め決められた所定値であり、Aは車両の運動性能を示す予め決められた所定値である。
【００５５】
ここで、転舵角変換部５６が前記式２１に従って計算する目標転舵角δγは、前記式１９により計算された見込みヨーレートγdに基づいて変化するとともに、検出車速Vにも基づいて変化する。このため、中速走行時において、見込みヨーレートγdに基づいて目標転舵角δγが計算される場合には、検出車速Vの増加に伴って、運転者の操舵ハンドル１１の回動操作量（すなわち操舵角θ）に対する目標転舵角δγの絶対値が大きくなる。今、操舵ハンドル１１が最大操舵角θmaxまで回動されたときに、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵し得る最大転舵角δmaxに転舵制御される車両の操舵装置を考える。なお、最大転舵角δmaxは、車両が所定の小さな車速Vsで走行しているときに取り得る最大値である。この車両の操舵装置において、ある車速Vで目標転舵角δγが計算されると、運転者が操舵ハンドル１１を最大操舵角θmaxまで回動操作する前に、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が最大転舵角δmaxとなる場合がある。
【００５６】
言い換えれば、運動状態量として見込みヨーレートγdを採用した場合では、運転者が操舵ハンドル１１を回動操作し得る最大の操舵角θは、システムで決定される最大操舵角θmaxよりも小さくなる場合がある。具体的に説明すると、前記式２１から明らかなように、検出車速Vの増加に伴って、計算される目標転舵角δγは、検出車速Vに対して徐々に増大する。その結果、運転者が操舵ハンドル１１を回動操作する際には、操舵角θの最大操舵角θmaxに対するダイナミックレンジすなわち操舵ハンドル１１を回動し得る回動操作範囲が狭くなり、例えば、操舵ハンドル１１の回動操作に対する左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角調整感覚（所謂、操舵角分解能）が悪化する。このため、運転者が操舵ハンドル１１を回動操作した場合、操舵感覚に違和感を覚える。そこで、トルク−ヨーレート変換部５３は、パラメータC1（変数C1）を検出車速Vに応じて適宜変化させて、前記式１９（または前記式２０）に従って計算される見込みヨーレートγdの大きさを検出車速Vに応じて適宜変更する。そして、中速走行時における操舵ハンドル１１の操舵感覚を運転者の感覚特性（より詳しくは、高速走行時の感覚特性）に合わせる。これを、以下に詳細に説明する。
【００５７】
今、操舵トルクの最大値をTmaxとし、最大操舵トルクTmaxを操舵ハンドル１１に付与したときに車両に発生する最大ヨーレートをγmaxとすると、前記式１９より下記式２２が成立する。
γmax＝C1・TmaxK2  …式２２
この式２２を変形すれば、下記式２３が成立する。
C1＝γmax／TmaxK2  …式２３
ここで、最大操舵トルクTmaxはシステムにより決定される定数である。このため、パラメータC1を検出車速Vに応じて変化させるには、前記式２３中の最大ヨーレートγmaxを、下記式２４に示すように、検出車速Vに対する関数γmax(V)に置換する。そして、関数γmax(V)の大きさを検出車速Vに応じて変化させる。すなわち、関数γmax(V)は、下記式２５に従って計算される。
C1＝γmax(V)／TmaxK2  …式２４
γmax(V)＝γmax(Vo)・(Vo／V)  …式２５
【００５８】
ただし、γmax(Vo)は、所定の車速Voで車両が旋回するときに発生し得るヨーレートの最大値であり、実験およびシステムによって予め決定される定数である。前記式２５によれば、検出車速Vが増加するに伴って、関数γmax(V)の値は小さく計算され、前記式２４に従ってパラメータC1は小さく計算される。したがって、前記式１９（または前記式２０）により計算される見込みヨーレートγdは、検出車速Vの増加に伴って小さな値となる。これにより、計算される目標転舵角δγの絶対値は、検出車速Vの増加に伴って、その増大が抑制されるため、結果として、操舵角θの最大操舵角θmaxに対するダイナミックレンジを広く確保できる。したがって、中速走行時における操舵ハンドル１１の回動操作に対して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δγを最大転舵角δmaxまで滑らかに変化させることができて、操舵ハンドル１１の操舵感覚を運転者の感覚特性に合わせることができる。
【００５９】
また、運転者が知覚し得る最小のヨーレートをγoとし、運転者が知覚し得る最小の操舵トルクをToとすると、前記式１９から下記式２６が導かれる。
γo＝C1・ToK2  …式２６
そして、前記式２６を変形すると、下記式２７が導かれる。
To＝(γo／C1)(1／K2)  …式２７
ここで、前記式２７によれば、最小知覚ヨーレートγoを定数とした場合には、前記式２４に従って計算されるパラメータC1の値が車速Vの増加に伴って小さく計算されるため、最小知覚操舵トルクToが車速Vの増加に伴って大きくなる。これにより、運転者が知覚し得る最小知覚操舵トルクToが検出車速Vの増加に応じて増大するため、運転者は違和感を覚える場合がある。このため、検出車速Vが増加する場合であっても、最小知覚操舵トルクToを一様に保つべく、前記式２７中の最小知覚ヨーレートγoを、下記式２８に示すように、検出車速Vに対する関数γo(V)に置換する。そして、関数γo(V)の大きさを検出車速Vに応じて変化させる。すなわち、関数γo(V)は、下記式２９に従って計算される。
To＝(γo(V)／C1)(1／K2)  …式２８
γo(V)＝γo(Vo)・(Vo／V)  …式２９
ただし、γo(Vo)は、所定の車速Voで車両が旋回するときに運転者が知覚し得る最小のヨーレートであり、実験によって予め決定される定数である。前記式２９によれば、検出車速Vが増加するに伴って、関数γo(V)の値は小さく計算され、前記式２８に従って計算される最小知覚操舵トルクToの増大を抑制することができる。これによっても、中速走行時における操舵ハンドル１１の操舵感覚を運転者の感覚特性に合わせることができる。
【００６０】
そして、上述のように計算された目標転舵角δγも、転舵制御部６０の転舵角補正部６１に供給される。転舵角補正部６１は、トルク−ヨーレート変換部５３から見込みヨーレートγdを入力するとともに、ヨーレートセンサ３５によって検出された実ヨーレートγも入力しており、下記式３０の演算を実行して、補正目標転舵角δdaを計算する。
δda＝δγ＋K4・(γd−γ)  …式３０
ただし、係数K4は予め決められた正の定数であり、実ヨーレートγが見込みヨーレートγdに満たない場合には、補正目標転舵角δdaの絶対値が大きくなる側に補正される。また、実ヨーレートγが見込みヨーレートγdを超える場合には、補正目標転舵角δdaの絶対値が小さくなる側に補正される。この補正により、見込みヨーレートγdに必要な左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角が精度よく確保される。
【００６１】
そして、この計算された補正目標転舵角δdaは、駆動制御部６３に供給される。駆動制御部６３は、転舵角センサ３２によって検出された実転舵角δを入力し、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が補正目標転舵角δdaに転舵されるように転舵アクチュエータ２１内の電動モータの回転をフィードバック制御する。これにより、電動モータの回転は、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によりラックバー２４を軸線方向に変位させる。そして、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は補正目標転舵角δdaに転舵される。
【００６２】
次に、低速走行時において、図２に示したトルク−旋回曲率変換部５４により変換された見込み旋回曲率ρdに基づき、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵制御される場合を説明する。トルク−旋回曲率変換部５４は、運転者が操舵ハンドル１１の回動操作により見込んでいる見込み旋回曲率ρdを、操舵トルクTdの絶対値が正の小さな所定値To未満であれば下記式３１のように「０」とし、操舵トルクTdの絶対値が正の小さな所定値To以上であれば下記式３２に従って計算する。
ρd＝０  （｜Td｜＜To）  …式３１
ρd＝C2・TdK2  （To≦｜Td｜）  …式３２
ただし、式３２中のK2は、前記式４と同じく定数であり、C2は車速Vに応じて変化する変数である。また、この場合も、前記式３２中の操舵トルクTdは前記式２を用いて計算された操舵トルクTdの絶対値を表しているものであり、前記計算した操舵トルクTdが正であれば変数C2を正の値とするとともに、前記計算した操舵トルクTdが負であれば変数C2を前記正の変数C2と同じ絶対値を有する負の値とする。なお、この場合、前記式３１，３２の演算に代えて、操舵トルクTdに対する見込み旋回曲率ρdを記憶した図８に示すような特性の変換テーブルを用いて、見込み旋回曲率ρdを計算するようにしてもよい。
【００６３】
ここで、前記式３２について説明しておく。前記式２を用いて操舵トルクTdを消去すると、下記式３３に示すようになる。
ρd＝C2・(To・exp(K1・θ))K2＝C2・ToK2・exp(K1・K2・θ)＝ρo・exp(K1・K2・θ)  …式３３
前記式３３において、車速Vが一定であれば変数C2が定数となるため、ρoは定数C2・ToK2となり、式３３は、運転者による操舵ハンドル１１の操舵角θに対して見込み旋回曲率ρdが指数関数的に変化していることを示す。そして、この見込み旋回曲率ρdは、運転者の視覚によって運転者が知覚し得る物理量であり、前述したウェーバー・ヘフナーの法則に従ったものである。したがって、運転者が、この見込み旋回曲率ρdに等しい旋回曲率を視認しながら操舵ハンドル１１を回動操作することができれば、ハンドルの回動操作と車両の操舵との関係を人間の知覚特性に対応させることができる。
【００６４】
また、低速走行時に見込み旋回曲率ρdに基づいて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵制御する場合においても、前記式３１に示されるように、操舵トルクTdが所定値To未満である場合、見込み旋回曲率ρdは「０」に保たれている。これにより、操舵ハンドル１１が中立位置に保たれる場合には、高速走行時または中速走行時の場合と同様に、見込み旋回曲率ρdは「０」であり、現実的な操舵特性を得ることができる。また、この場合、運転者が知覚し得る最小操舵トルクを前記所定値Toとし、運転者が視認し得る最小視認旋回曲率をρoとし、かつ所定値Toがρo＝C1・ToK2の関係となるようにすれば、操舵トルクTdが所定値Toになるまで、すなわち運転者の操舵ハンドル１１の操作によって車両が旋回して運転者が車両の旋回を感じるまで、車両の見込み旋回曲率ρdが「０」に保たれる。これによれば、最小操舵トルクTo以上で操舵ハンドル１１を操舵したときにのみ見込み旋回曲率ρdで車両を旋回させるために必要な転舵角だけ左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は転舵制御され、この転舵制御が車両の操舵に的確に対応したものとなる。
【００６５】
そして、トルク−旋回曲率変換部５４によって計算された見込み旋回曲率ρdは、転舵角変換部５７に供給される。転舵角変換部５７は、計算された見込み旋回曲率ρdを発生するのに必要な左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δρを計算するものであり、図９に示すように車速Vに応じて変化して見込み旋回曲率ρdに対応する目標転舵角δρの変化特性を表すテーブルを有する。このテーブルは、車速Vを変化させながら車両を走行させて、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角δと旋回曲率ρとを予め実測して収集したデータの集合である。そして、転舵角変換部５７は、このテーブルを参照して、前記入力した見込み旋回曲率ρdと車速センサ３３から入力した検出車速Vに対応した目標転舵角δρを計算する。また、前記テーブルに記憶されている旋回曲率ρ（見込み旋回曲率ρd）と目標転舵角δρはいずれも正であるが、転舵角変換部５７から供給される見込み旋回曲率ρdが負であれば出力される目標転舵角δρも負となる。
【００６６】
なお、目標転舵角δρも、下記式３４に示すように、車速Vと旋回曲率ρの関数であるので、前記テーブルを参照することに代えて、下記式３４の演算の実行によっても計算することができる。
δρ＝Ｌ・(１＋Ａ・Ｖ2)・ρd  …式３４
ただし、前記式３４においても、Lはホイールベースを示す予め決められた所定値であり、Aは車両の運動性能を示す予め決められた所定値である。
【００６７】
ここで、転舵角変換部５７が前記式３４に従って計算する目標転舵角δρは、前記式３２により計算される見込み旋回曲率ρdに基づいて変化するとともに、検出車速Vにも基づいて変化する。このため、低速走行時において、見込み旋回曲率ρdに基づいて目標転舵角δρが計算される場合には、検出車速Vの増加に伴って、運転者の操舵ハンドル１１の回動操作量（すなわち操舵角θ）に対する目標転舵角δρの絶対値が大きくなる。今、上述した中速走行時と同様に、車両が所定の小さな車速Vsで走行している状態で、操舵ハンドル１１が最大操舵角θmaxまで回動されたときに、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵し得る最大転舵角δmaxに転舵される車両の操舵装置を考える。この車両の操舵装置において、ある車速Vで目標転舵角δρが計算されると、運転者が操舵ハンドル１１を最大操舵角θmaxまで回動操作する前に、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が最大転舵角δmaxとなる場合がある。
【００６８】
言い換えれば、運動状態量として見込み旋回曲率ρdを採用した場合も、運転者が操舵ハンドル１１を回動操作し得る最大の操舵角θは、システムで決定される最大操舵角θmaxよりも小さくなる場合がある。具体的に説明すると、前記式３４から明らかなように、検出車速Vの増加に伴って、計算される目標転舵角δρは、検出車速Vに対して二次関数的に増大する。その結果、運転者が操舵ハンドル１１を回動操作する際には、操舵角θの最大操舵角θmaxに対するダイナミックレンジが狭くなり、操舵ハンドル１１の操舵角分解能が悪化する。このため、運転者が操舵ハンドル１１を回動操作した場合、操舵感覚に違和感を覚える。そこで、トルク−旋回曲率変換部５４は、パラメータC2（変数C2）を検出車速Vに応じて適宜変化させて、前記式３２（または前記式３３）に従って計算される見込み旋回曲率ρdの大きさを検出車速Vに応じて適宜変更する。そして、低速走行時における操舵ハンドル１１の操舵感覚も運転者の感覚特性（より詳しくは高速走行時の感覚特性）に合わせる。これを、以下に詳細に説明する。
【００６９】
今、操舵トルクの最大値をTmaxとし、最大操舵トルクTmaxを操舵ハンドル１１に付与したときに車両が旋回する最大旋回曲率をρmaxとすると、前記式３２より下記式３５が成立する。
ρmax＝C2・TmaxK2  …式３５
この式３５を変形すれば、下記式３６が成立する。
C2＝ρmax／TmaxK2  …式３６
ここで、最大操舵トルクTmaxはシステムにより決定される定数である。このため、パラメータC2を検出車速Vに応じて変化させるためには、前記式３６中の最大旋回曲率ρmaxを、下記式３７に示すように、検出車速Vに対する関数ρmax(V)に置換する。そして、関数ρmax(V)の大きさを検出車速Vに応じて変化させる。すなわち、関数ρmax(V)は、下記式３８に従って計算される。
C2＝ρmax(V)／TmaxK2  …式３７
ρmax(V)＝ρmax(Vo)・(Vo／V)2  …式３８
【００７０】
ただし、ρmax(Vo)は、所定の車速Voで車両が旋回するときの旋回曲率の最大値であり、実験およびシステムによって予め決定される定数である。前記式３８によれば、検出車速Vが増加するに伴って、関数ρmax(V)の値は小さく計算され、前記式３７に従ってパラメータC2は小さく計算される。したがって、前記式３２（または前記式３３）により計算される見込み旋回曲率ρdは、検出車速Vの増加に伴って小さな値となる。これにより、計算される目標転舵角δρの絶対値は、検出車速Vの増加に伴って、その増大が抑制されるため、結果として、操舵角θの最大操舵角θmaxに対するダイナミックレンジを広く確保できる。したがって、低速走行時における操舵ハンドル１１の回動操作に対して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δρを最大転舵角δmaxまで滑らかに変化させることができて、操舵ハンドル１１の操舵感覚を運転者の感覚特性に合わせることができる。
【００７１】
また、運転者が視認し得る最小の旋回曲率をρoとし、運転者が知覚し得る最小の操舵トルクをToとすると、前記式３２から下記式３９が導かれる。
ρo＝C2・ToK2  …式３９
そして、前記式３９を変形すると、下記式４０が導かれる。
To＝(ρo／C2)(1／K2)  …式４０
ここで、前記式４０によれば、最小視認旋回曲率ρoを定数とした場合には、前記式３７に従って計算されるパラメータC2の値が車速Vの増加に伴って小さく計算されるため、最小知覚操舵トルクToが車速Vの増加に伴って大きくなる。これにより、運転者が知覚し得る最小知覚操舵トルクToが検出車速Vの増加に応じて増大するため、運転者は違和感を覚える場合がある。このため、検出車速Vが増加する場合であっても、最小知覚操舵トルクToを一様に保つべく、前記式４０中の最小視認旋回曲率ρoを、下記式４１に示すように、検出車速Vに対する関数ρo(V)に置換する。そして、関数ρo(V)の大きさを検出車速Vに応じて変化させる。すなわち、関数ρo(V)は、下記式４２に従って計算される。
To＝(ρo(V)／C2)(1／K2)  …式４１
ρo(V)＝ρo(Vo)・(Vo／V)2  …式４２
ただし、ρo(Vo)は、所定の車速Voで車両が旋回するときに運転者が視認し得る最小の旋回曲率であり、実験によって予め決定される定数である。前記式４２によれば、検出車速Vが増加するに伴って、関数ρo(V)の値は小さく計算され、前記式４１に従って計算される最小知覚操舵トルクToの増大を抑制することができる。これによっても、低速走行時における操舵ハンドル１１の操舵感覚を運転者の感覚特性に合わせることができる。
【００７２】
そして、上述のように計算された目標転舵角δρも、転舵制御部６０の転舵角補正部６１に供給される。転舵角補正部６１は、トルク−旋回曲率変換部５４から見込み旋回曲率ρdを入力するとともに、旋回曲率計算部６２から実旋回曲率ρも入力する。旋回曲率計算部６２は、横加速度センサ３４によって検出された横加速度G、または、ヨーレートセンサ３５によって検出されたヨーレートγと、車速センサ３３によって検出された検出車速Vとを用いて、下記式４３の演算の実行により実旋回曲率ρを計算して転舵角補正部６１に出力する。
ρ＝G／Ｖ2またはρ＝γ／Ｖ  …式４３
【００７３】
そして、転舵角補正部６１は、下記式４４の演算を実行して補正目標転舵角δdaを計算する。
δda＝δρ＋K5・(ρd−ρ)  …式４４
ただし、係数K5は予め決められた正の定数であり、実旋回曲率ρが見込み旋回曲率ρに満たない場合には、補正目標転舵角δdaの絶対値が大きくなる側に補正される。また、実旋回局率ρが見込み旋回曲率ρdを超える場合には、補正目標転舵角δdaの絶対値が小さく側に補正される。この補正により、見込み旋回曲率ρdに必要な左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角がより精度よく確保される。
【００７４】
そして、この計算された補正目標転舵角δdaは、駆動制御部６３に供給される。駆動制御部６３は、転舵角センサ３２によって検出された実転舵角δを入力し、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が補正目標転舵角δdaに転舵されるように転舵アクチュエータ２１内の電動モータの回転をフィードバック制御する。これにより、電動モータの回転は、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によりラックバー２４を軸線方向に変位させる。そして、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は補正目標転舵角δdaに転舵される。
【００７５】
以上の説明からも理解できるように、上記第１実施形態によれば、操舵ハンドル１１に対する運転者の操作入力値としての操舵角θは変位−トルク変換部５１によって操舵トルクTdに変換される。そして、同変換された操舵トルクTdは車速センサ３３によって検出された車速Vに応じてトルク−横加速度変換部５２、トルク−ヨーレート変換部５３またはトルク−旋回曲率変換部５４に供給され、見込み横加速度Gd、見込みヨーレートγdまたは見込み旋回曲率ρdに変換される。変換された見込み横加速度Gd、見込みヨーレートγdまたは見込み旋回曲率ρdは、転舵角変換部５５，５６，５７にそれぞれ供給され、同変換部５５，５６，５７は、それぞれ目標転舵角δg、目標転舵角δγまたは目標転舵角δρを計算する。
【００７６】
そして、計算された目標転舵角δg、目標転舵角δγまたは目標転舵角δρは転舵角補正部６１に供給されて補正目標転舵角δdaに補正される。この補正目標転舵角δdaが駆動制御部６３に供給されると、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は補正目標転舵角δdaに転舵される。この場合、操舵トルクTdは、反力アクチュエータ１３の作用によって運転者が操舵ハンドル１１から知覚し得る物理量であるとともに、操舵角θに対して指数関数的に変化するものであるので、運転者はウェーバー・ヘフナーの法則に従った反力を感じながら人間の知覚特性に従って操舵ハンドル１１を回動操作できる。また、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵によって車両に発生する実横加速度G、実ヨーレートγまたは実旋回曲率ρも知覚し得る物理量であるとともに、これら各値G，γ，ρは見込み横加速度Gd、見込みヨーレートγdまたは見込み旋回曲率ρdに等しくなるように制御される。
【００７７】
さらに、この見込み横加速度Gd、見込みヨーレートγdまたは見込み旋回曲率ρdも運転者が入力した操舵角θから計算される操舵トルクTdに対してべき乗関数的（例えば、式４を式５に変形することにより操舵角θに対して指数関数的）に変化する。したがって、運転者はウェーバー・ヘフナーの法則に従った横加速度、ヨーレート、旋回曲率を知覚しながら人間の知覚特性に従って操舵ハンドル１１を回動操作して、車両を旋回させることができる。その結果、運転者は、人間の知覚特性に合わせて操舵ハンドル１１を操作できるので、車両の運転が簡単になる。
【００７８】
また、車両の全車速域において、操舵ハンドル１１の操舵感覚を人間の感覚特性（詳しくは高速走行時の感覚特性）に合わせるために、検出車速Vに応じて、転舵角変換部５６，５７は、見込みヨーレートγdまたは見込み旋回曲率ρdの絶対値を小さく計算することができる。すなわち、高速走行時においては、転舵角変換部５５は、運動状態量として見込み横加速度Gdを採用して目標転舵角δgを計算する。この目標転舵角δgは、前記式１６から明らかなように、検出車速Vの増加に伴って、小さな絶対値が計算される。これにより、システムによって決定される左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の最大転舵角δmaxに比して目標転舵角δgが常に小さな値となるため、運転者はシステムで決定される最大操舵角θmaxまで操舵ハンドル１１を回動操作することができる。
【００７９】
これに対して、中速走行時または低速走行時においては、転舵角変換部５６，５７は、運動状態量として見込みヨーレートγdまたは見込み旋回曲率ρdを採用して目標転舵角δγまたは目標転舵角δρを計算する。この目標転舵角δγまたは目標転舵角δρは、前記式２１または式３４から明らかなように、検出車速Vの増加に伴って、大きな絶対値が計算される。これにより、システムによって決定される左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の最大転舵角δmaxに比して目標転舵角δγまたは目標転舵角δρが大きな値となる場合があり、運転者はシステムで決定される最大操舵角θmaxまで操舵ハンドル１１を回動操作できない場合がある。このため、トルク−ヨーレート変換部５３またはトルク−旋回曲率変換部５４は、見込みヨーレートγdまたは見込み旋回曲率ρdを検出車速Vに応じて変更、より詳しくは、検出車速Vの増加に伴って小さく計算する。
【００８０】
これにより、転舵角変換部５６，５７によって計算される目標転舵角δγまたは目標転舵角δρの絶対値は、検出車速Vの増加に伴って、その増大が抑制される。したがって、中速走行時または低速走行時においても、運転者はシステムで決定される最大操舵角θmaxまで操舵ハンドル１１を回動操作することができ、全車速域に渡る操舵感覚に関し違和感の発生を防止することができる。さらに、全車速域に渡り、操舵ハンドル１１の回動操作量を同等に確保することにより、操舵角θの最大操舵角θmaxに対するダイナミックレンジを広く確保できる。したがって、操舵ハンドル１１の回動操作に対して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δg、目標転舵角δγまたは目標転舵角δρを最大転舵角δmaxまで滑らかに変化させることができて、操舵ハンドル１１の操舵感覚を運転者の感覚特性に合わせることができる。したがって、車両の運転がさらに簡単になる。
【００８１】
さらに、転舵角補正部６１は、車両に実際に発生している実横加速度Ｇ、実ヨーレートγまたは実旋回曲率ρが操舵ハンドル１１の操舵角θに正確に対応するように補正する。これにより、車両には操舵ハンドル１１の操舵角θに正確に対応した実横加速度Ｇ、実ヨーレートγまたは実旋回曲率ρが発生する。その結果、運転者は、人間の知覚特性にさらに正確に合った横加速度、ヨーレート、旋回曲率を知覚しながら、操舵ハンドル１１を操作できるようになるので、車両の運転がより簡単になる。
【００８２】
なお、上記第１実施形態においては、見込み横加速度Gdを前記式３，４に従い、特に、前記式４中のCを定数として計算するように実施した。これは、前記式１６から明らかなように、検出車速Vの増大に対して、目標転舵角δgの絶対値が減少するため、高速走行時すなわち見込み横加速度Gdを採用したときの操舵特性を基準とするためである。しかしながら、上述したように、中速走行時または低速走行時の場合と同様に、高速走行時においても、前記式４中のCを検出車速Vに対する変数として実施することも可能である。この場合には、例えば、Cを検出車速Vに対して増大するように変化させるようにすれば、目標転舵角δgの絶対値の減少を適宜抑制することができ、全車速域において、運転者はより好適な操舵特性を知覚することができる。
【００８３】
ｂ．第２実施形態
上記第１実施形態においては、全車速域で操舵感覚を一様に一致させるべく、言い換えれば、高速走行時の操舵感覚に合わせるべく、中速走行時および低速走行時の見込みヨーレートγdおよび見込み旋回曲率ρdの絶対値を検出車速Vの増加に応じて小さく変化させて実施した。これにより、全車速域において、操舵角θの最大操舵角θmaxに対するダイナミックレンジを広く確保して、操舵感覚の違和感が生じることを防止するようにした。ところで、全車速域においてシステムで決定される最大操舵角θmaxまで操舵ハンドル１１を回動操作可能とした場合には、車両の旋回に必要な回動操作量が増大する。このため、運転者は、操舵ハンドル１１の回動操作によって見込んだ運動状態量で車両を旋回させるときに左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が応答遅れを生じて転舵制御されるように感じることがある。以下に、この運転者が知覚する転舵制御の応答遅れを低減する第２実施形態について説明する。なお、この第２実施形態に係る車両の操舵装置においては、電子制御ユニット３６にて実行されるコンピュータプログラムが若干異なるが、操舵装置の構成については、上記第１実施形態と同じである。このため、操舵装置の構成に関しては、その詳細な説明を省略する。
【００８４】
この第２実施形態においては、上記第１実施形態と同様に、反力制御部４０の変位−トルク変換部４１が操舵角センサ３１によって検出された操舵ハンドル１１の操舵角θの指数関数である反力トルクTzを前記式１に従って計算する。そして、この計算された反力トルクTzは、駆動制御部４２に供給され、同駆動制御部４２によって反力アクチュエータ１３内の電動モータが駆動制御される。これにより、電動モータが操舵入力軸１２を介して操舵ハンドル１１に反力トルクTzを付与する。
【００８５】
また、感覚適合制御部５０の変位−トルク変換部５１も、上記第１実施形態と同様に、操舵角センサ３１によって検出された操舵ハンドル１１の操舵角θの指数関数である操舵トルクTdを前記式２に従って計算する。そして、操舵トルクTdが計算されると、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に応じて、高速走行時であればトルク−横加速度変換部５２が見込み横加速度Gdを計算し、中速走行時であればトルク−ヨーレート変換部５３が見込みヨーレートγdを計算し、低速走行時であればトルク−旋回曲率変換部５４が見込み旋回曲率ρdを計算する。そして、計算された見込み横加速度Gd、見込みヨーレートγd、見込み旋回曲率ρdは、それぞれ、転舵角変換部５５，５６，５７に供給され、転舵角変換部５５，５６，５７は、それぞれ、前記式１６，２１，３４に従って目標転舵角δg、目標転舵角δγ、目標転舵角δρを計算する。
【００８６】
ところで、前記式１６，２１，３４に従って計算される目標転舵角δg、目標転舵角δγおよび目標転舵角δρは、上記第１実施形態で説明したように、検出車速Vの増加に対する急激な増大が抑制される。これにより、操舵ハンドル１１の操舵角θをシステムで決定される最大操舵角θmaxまで変化させて、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵させることができる。しかしながら、最大操舵角θmaxを固有の値とした場合には、運転者は、車両を旋回させるために、より多く操舵ハンドル１１を回動させる必要がある。これについて、以下に詳細に説明する。
【００８７】
今、車速Vにて、車両が同車両の前後方向に対してφ方向（車両の並進運動の方向φ）に高速旋回走行している状態を考える。このとき、車速Vのｘ方向（例えば、車両の前後方向）の速度成分をVxとし、車速Vのｙ方向成分（例えば、車両の左右方向）の速度成分をVyとすると、方向φは近似的に下記式４５で示される。
φ≒Vy／Vx＝V・sinφ／V・cosφ＝tanφ  （｜φ｜＜＜1）  …式４５
また、方向φは、ヨーレートγ（＝Gd／V）を用いて下記式４６によっても表すことができる。
φ＝φo＋∫γdt  …式４６
ただし、φoは所定の定数である。ここで、前記式４６のヨーレートγすなわちGd／Vを一定とすれば、車両の並進運動の方向φの時間変化分dφ／dtは検出車速Vに対して同一（一定）となる。このため、下記式４７が成立する。
dφ／dt＝Gd／V  …式４７
【００８８】
ここで、例えば、高速走行時においては、前記式４に従って見込み横加速度Gdが計算され、前記式２を用いて、前記式４中の操舵トルクTdを消去して整理すると、下記式４８が成立する。
Gd＝C・TdK2＝C・(To・exp((log(Tmax／To)／θmax)・θ)K2  …式４８
前記式４８においてN＝C・To・log(Tmax／To)とし、前記式４８を一次近似すると、下記式４９が成立する。
Gd＝(N／θmax)・θ  …式４９
したがって、前記式４７に前記式４９を代入すると、下記式５０が成立する。
dφ／dt＝(N／θmax・V)・θ  …式５０
このとき、前記式５０中のNは定数（中速走行時または低速走行時においてはある車速において定数）であり、最大操舵角θmaxがシステムによって決定される定数であるとすると、車速Vの増加に伴ってdφ／dtの値は小さくなる。言い換えれば、車速Vの増加に伴って、車両の左右方向（Vy方向）への単位時間当たりの移動量が小さくなり、運転者は操舵ハンドル１１の回動操作に対する車両の旋回状態に応答遅れが生じていると知覚する。
【００８９】
したがって、前記式５０中のθmax・Vが検出車速Vの変化に対して一定値となるようにする。すなわち、前記式５０中の最大操舵角θmaxを検出車速Vに対する関数θmax(V)に置換して、関数θmax(V)の大きさを下記式５１に従って検出車速Vに応じて変化させる。
dφ／dt＝(N／θmax(V)・V)・θ  …式５１
θmax(V)＝θmax(Vo)・(Vo／V)  …式５２
ただし、θmax(Vo)は、所定の車速Voで車両を旋回させるために運転者が回動操作し得る操舵角θの最大値であり、実験およびシステムによって予め決定される定数である。前記式５２によれば、検出車速Vが増加するに伴って、関数θmax(V)の値は小さく計算され、前記式５１中のθmax(V)・Vは検出車速Vの変化に対して一定値とすることができる。したがって、前記式５１に従って計算されるdφ／dtは車速Vの変化に対して一定となる。言い換えれば、車速Vが変化した場合であっても、車両の左右方向への単位時間当たりの移動量が同一とされ、運転者は操舵ハンドル１１の回動操作に対する車両の旋回状態に応答遅れを知覚しない。
【００９０】
なお、関数θmax(V)の演算に関しては、前記式５２の演算に代えて、図１０に示すように車速Vに対する変化特性を表すテーブルを参照して、検出車速Vに対する関数θmax(V)の値を計算することも可能である。これによれば、種々の変化特性を表すテーブルを用意しておくことにより、車両の運動状態に適した関数θmax(V)の値を計算することができる。
【００９１】
このように関数θmax(V)によって計算される操舵角θの最大値を用いてパラメータK1が計算され、変位−トルク変換部４１，５１は、前記式１，２を用いて運転者の知覚特性に合った反力トルクTz、操舵トルクTdを計算する。そして、上記第１実施形態と同様に、見込み横加速度Gd、見込みヨーレートγd、見込み旋回曲率ρdが計算され、目標転舵角δg、目標転舵角δγ、目標転舵角δρが計算される。そして、計算された目標転舵角δg、目標転舵角δγ、目標転舵角δρを補正した補正目標転舵角δdaで左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵制御される。
【００９２】
以上の説明からも理解できるように、上記第２実施形態によれば、上記第１実施形態の作用効果に加えて、車速Vの変化に伴って最大操舵角θmaxが変更されることから、運転者は、操舵ハンドル１１に回動操作（操舵角θ）に対する車両の旋回状態に応答遅れを知覚することなく、操舵ハンドル１１を回動操作することができる。したがって、車両の運転がさらに簡単になる。
【００９３】
上記第１または第２実施形態においては、車両の運動状態量として、高速走行時においてはトルク−横加速度変換部５２が見込み横加速度Gdを計算し、中速走行時においてはトルク−ヨーレート変換部５３が見込みヨーレートγdを計算し、低速走行時においてはトルク−旋回曲率変換部５４が見込み旋回曲率ρdを計算するように実施した。そして、転舵角変換部５５，５６，５７は、計算された見込み横加速度Gd、見込みヨーレートγdまたは見込み旋回曲率ρdを用いて、目標転舵角δg，δγ，δρを計算するように実施した。しかしながら、車両の運動状態量として、見込み横加速度Gd、見込みヨーレートγdまたは見込み旋回曲率ρdのうちのいずれか一つを採用して実施することも可能である。ところで、例えば、見込み横加速度Gdまたは見込みヨーレートγdを運動状態量として採用して実施した場合には、低速走行時において計算される目標転舵角δgまたは目標転舵角δγが最大転舵角δmaxを超えて計算される場合がある。
【００９４】
すなわち、具体的に見込み横加速度Gdを採用した場合を例示して説明すると、上述したように、見込み横加速度Gdを用いて前記式１６に従って計算される目標転舵角δgは、検出車速Vの増大に伴って小さく計算される一方で、検出車速Vの低下に伴って大きく計算される。このため、低速走行時、特に、検出車速Vが極めて小さい場合においては、目標転舵角δgが最大転舵角δmaxを超えて計算される場合があり、この場合には、操舵ハンドル１１が最大操舵角θmax（または関数θmax(V)に基づいて変更される最大操舵角θmax）まで回動操作される前に目標転舵角δgが最大転舵角δmaxを超える可能性がある。これにより、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がそれ以上転舵しない状態となるため、運転者は違和感を覚える場合がある。また、運動状態量として見込みヨーレートγdを採用した場合にも、見込み横加速度Gdと同様に、検出車速Vが極めて小さい場合には、前記式２１に従って計算される目標転舵角δγが最大転舵角δmaxを超える場合があり、運転者は違和感を覚える場合がある。
【００９５】
そこで、このように、運動状態量として見込み横加速度Gdまたは見込みヨーレートγdを採用した場合には、前記式１６または前記式２１の車速Vに制限値（下限値）を設定して実施することにより、上記不具合を解消することができる。以下、この変形例について具体的に説明する。
【００９６】
車両の運動状態量として見込み横加速度Gdを採用した場合には、トルク−横加速度変換部５２が前記式３または式４に従って見込み横加速度Gdを計算する。そして、転舵角変換部５５は、前記計算された見込み横加速度Gdを用いて、前記式１６に従って目標転舵角δgを計算する。このとき、転舵角変換部５５は、車速センサ３３から入力した車速Vを用いて目標転舵角δgを計算した結果、最大転舵角δmaxを超える場合には、操舵ハンドル１１の最大操舵角θmaxに対する目標転舵角δgが最大転舵角δmaxと等しくなるように車速に対して所定の制限値（下限値）を設定して、より具体的には、前述した所定の小さな車速Vsと異なる所定の小さな車速Vs1を設定して、目標転舵角δgを計算する。なお、車速Vsと車速Vs1との関係は、Vs＜Vs1とするとよい。これにより、所定の制限値（下限値）Vs1を適宜設定すれば、検出車速Vが前記所定の制限値（下限値）Vs1未満のときには、目標転舵角δgは最大転舵角δmax以内の値となる。したがって、車速Vが極めて小さい場合（例えば、車庫入れなどの移動）であっても、運転者は、人間の知覚特性に合った状態で、最大操舵角θmaxまで操舵ハンドル１１を回動操作ができて、違和感を覚えることがない。
【００９７】
また、車両の運動状態量として見込みヨーレートγdを採用した場合においても、上述の見込み横加速度Gdの場合と同様に、転舵角変換部５６は、車速に対して所定の制限値（下限値）Vs1を設定し、前記式２１に従って目標転舵角δγを計算する。これにより、検出車速Vが所定の制限値（下限値）Vs1未満のときには、目標転舵角δγは最大転舵角δmax以内の値となる。したがって、操舵ハンドル１１の操舵感覚を人間の知覚特性に合わせることができて、運転者は最大操舵角θmaxまで違和感なく操舵ハンドル１１を回動操作できる。
【００９８】
ここで、この変形例の実施に際して、上記第２実施形態と同様に、操舵ハンドル１１の回動操作に対する車両の旋回状態における応答遅れの発生を防止するためには、関数θmax(V)によって表される最大操舵角θmaxの取り得る範囲（すなわち上限値および下限値）を設定するとよい。この上限値および下限値の設定について具体的に説明する。最大操舵角θmaxは、上述したように、前記式５２により表される関数θmax(V)に従って計算される。このため、前記式５２中の検出車速Vの入力範囲を制限することにより、最大操舵角θmaxの上限値および下限値を設定することができる。すなわち、検出車速Vの下限値を適宜設定することにより、最大操舵角θmaxの上限値を設定することができる。また、検出車速Vの上限値を適宜設定することにより、最大操舵角θmaxの下限値を設定することができる。
【００９９】
このとき、特に、最大操舵角θmaxの上限値を設定するための検出車速Vの下限値としては、上述したように、転舵角変換部５５，５６が設定する車速Vに対する所定の制限値（下限値）Vs1を適用することができる。これにより、例えば、車速Vが極めて小さいときには、最大操舵角θmaxすなわち車速Vに応じて決定される上限値まで操舵ハンドル１１が回動操作されれば、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を最大転舵角δmaxまで転舵させることができる。したがって、運転者は、最大操舵角θmaxまで操舵ハンドル１１を人間の知覚特性に合った状態で回動操作できるとともに、操舵ハンドル１１の回動操作に対する左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵応答遅れを知覚しない。
【０１００】
次に、操舵ハンドル１１の操作入力値として操舵トルクTを利用するようにした変形例について説明する。この変形例においては、図１に破線で示すように、操舵入力軸１２に組み付けられて操舵ハンドル１１に付与された操舵トルクTを検出する操舵トルクセンサ３９を備えている。他の構成については上記第１実施形態と同じであるが、電子制御ユニット３６にて実行されるコンピュータプログラムは上記第１実施形態の場合とは若干異なる。
【０１０１】
この変形例の場合には、前記コンピュータプログラムを表す図２の機能ブロック図において、変位−トルク変換部５１は設けられておらず、トルク−横加速度変換部５２、トルク−ヨーレート変換部５３およびトルク−旋回曲率変換部５４が、操舵トルクセンサ３９によって検出された操舵トルクTを用いた式４，１９，３２の演算の実行により見込み横加速度Gd、見込みヨーレートγdおよび見込み旋回曲率ρdを計算する。なお、この場合も、式４，１９，３２の演算の実行に代え、図４、図６および図８に示す特性を表すテーブルを用いて見込み横加速度Gd、見込みヨーレートγdおよび見込み旋回曲率ρdを計算するようにしてもよい。なお、電子制御ユニット３６にて実行される他のプログラム処理については上記第１実施形態の場合と同じである。
【０１０２】
この変形例によれば、操舵ハンドル１１に対する運転者の操作入力値としての操舵トルクTがトルク−横加速度変換部５２、トルク−ヨーレート変換部５３およびトルク−旋回曲率変換部５４によって、見込み横加速度Ｇd、見込みヨーレートγd、見込み旋回曲率ρdに変換される。変換された見込み横加速度Gd、見込みヨーレートγd、見込み旋回曲率ρdは、転舵角変換部５５，５６，５７により目標転舵角δg、目標転舵角δγ、目標転舵角δρが計算される。そして、転舵角補正部６１および駆動制御部６３により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が補正目標転舵角δdaに転舵される。この場合も、操舵トルクTは運転者が操舵ハンドル１１から知覚し得る物理量であるとともに、操舵トルクTに対して見込み横加速度Ｇd、見込みヨーレートγdおよび見込み旋回曲率ρdはべき乗関数的（例えば、式４を式５に変形することにより操舵角θに対して指数関数的）に変化するものであるので、運転者はウェーバー・ヘフナーの法則に従った反力を感じながら人間の知覚特性に従って操舵ハンドル１１を回動操作できる。したがって、この変形例においても、上記第１実施形態の場合と同様に、運転者はウェーバー・ヘフナーの法則に従った横加速度を感じながら人間の知覚特性に従って操舵ハンドル１１を回動操作して、車両を旋回させることができるので、上記第１実施形態の場合と同様な効果が期待される。
【０１０３】
また、この変形例においても、全車速域に渡り、操舵ハンドル１１の回動操作量を同等に確保することにより、回動操作量の最大値に対するダイナミックレンジを広く確保できる。したがって、操舵ハンドル１１の回動操作に対して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δg、目標転舵角δγまたは目標転舵角δρを最大転舵角δmaxまで滑らかに変化させることができて、操舵ハンドル１１の操舵感覚を運転者の感覚特性に合わせることができる。したがって、車両の運転がさらに簡単になる。
【０１０４】
さらに、上記第１実施形態による車両の操舵制御と、前記変形例による車両の操舵制御とを切り換え可能にしてもよい。すなわち、操舵角センサ３１と操舵トルクセンサ３９の両方を備え、上記第１実施形態のように変位−トルク変換部５１にて計算される目標操舵トルクTdを用いて見込み横加速度Gd、見込みヨーレートγdおよび見込み旋回曲率ρdを計算する場合と、操舵トルクセンサ３９によって検出された操舵トルクTを用いて見込み横加速度Gd、見込みヨーレートγdおよび見込み旋回曲率ρdを計算する場合とを切り換えて利用可能とすることもできる。この場合、前記切り換えを、運転者の意思により、または車両の運動状態に応じて自動的に切り換えるようにするとよい。
【０１０５】
ｄ．その他の変形例
さらに、本発明の実施にあたっては、上記第１または第２実施形態及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。
【０１０６】
例えば、上記第１または第２実施形態及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。
【０１０７】
さらに、上記第１または第２実施形態及び変形例においては、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を転舵するようにした。しかし、これに代えて、転舵アクチュエータ１３を用いてラックバー２４をリニアに変位させることにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の第１または第２実施形態に共通の車両の操舵装置の概略図である。
【図２】本発明の第１または第２実施形態に係り、図１の電子制御ユニットにて実行されるコンピュータプログラム処理を機能的に表す機能ブロック図である。
【図３】操舵角と操舵トルクの関係を示すグラフである。
【図４】操舵トルクと見込み横加速度の関係を示すグラフである。
【図５】見込み横加速度と目標転舵角の関係を示すグラフである。
【図６】操舵トルクと見込みヨーレートの関係を示すグラフである。
【図７】見込みヨーレートと目標転舵角の関係を示すグラフである。
【図８】操舵トルクと見込み旋回曲率の関係を示すグラフである。
【図９】見込み旋回曲率と目標転舵角の関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係り、最大操舵角に車速に対する変化特性を表すグラフである。
【符号の説明】
【０１０９】
ＦＷ１，ＦＷ２…前輪、１１…操舵ハンドル、１２…操舵入力軸、１３…反力アクチュエータ、２１…転舵アクチュエータ、２２…転舵出力軸、３１…操舵角センサ、３２…転舵角センサ、３３…車速センサ、３４…横加速度センサ、３５…ヨーレートセンサ、３６…電子制御ユニット、３９…操舵トルクセンサ、４０…反力制御部、５０…感覚適合制御部、５１…変位−トルク変換部、５２…トルク−横加速度変換部、５３…トルク−ヨーレート変換部、５４…トルク−旋回曲率変換部、５５，５６，５７…転舵角変換部、６０…転舵制御部、６１…転舵角補正部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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