(57)【要約】【課題】  操舵ハンドルの回動操作に伴う違和感の発生を抑制した車両の操舵装置を提供すること。【解決手段】  変位−トルク変換部４１はばね成分項としての反力トルクTzを計算する。操舵速度−トルク変換部４２は粘性成分項としての粘性トルクTrを計算する。トルク加算部４３は反力トルクTzと粘性トルクTrを加算して切込みトルクTmaを計算する。戻しトルク計算部４４はトルクTmaを用いて戻しトルクTmbを計算する。反力トルク決定部４５は、回動操作状態判定部４６から判定フラグＦＲＧを入力して操舵ハンドル１１の回動操作状態を判別し、目標反力トルクTfを決定する。このとき、反力トルク決定部４５は、ハンドル１１が中立位置を跨いで戻し操作から切込み操作となる場合には、中立位置直前の戻し操作に対してトルクTmaを目標反力トルクTfとして決定する。これにより、中立位置近傍での反力の変動を抑制できる。【選択図】  図２
2006069351.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、同操舵ハンドルに反力を付与するための反力アクチュエータと、前記反力アクチュエータを駆動制御して前記操舵ハンドルに付与する反力を制御する反力制御装置とを備えた車両の操舵装置において、前記反力制御装置を、
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運転者の操作に応じて付与する反力の複数の反力目標値を、前記検出された操作入力値を用いて計算する反力目標値計算手段と、
前記操舵ハンドルに対する運転者の操作状態であって、前記操作入力値の絶対値が増加する切込み操作状態または前記操作入力値の絶対値が減少する戻し操作状態を判定する操作状態判定手段と、
前記操作状態判定手段により判定される前記操舵ハンドルの操作状態が前記操舵ハンドルの中立位置を通過して前記戻し操作状態から前記切込み操作状態に状態変化するとき、前記中立位置の近傍に対応する操作入力値を用いて計算される複数の反力目標値のうち、前記状態変化に伴って発生する反力の変動量を抑制する反力目標値を選択して決定する反力目標値決定手段とで構成したことを特徴とする車両の操舵装置。
【請求項２】
請求項１に記載した車両の操舵装置において、
前記反力目標値決定手段は、
前記操舵ハンドルの操作方向に基づき、前記中立位置に対応する操作入力値を用いて計算される複数の反力目標値のうちの最大の反力目標値または最小の反力目標値を選択して決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１または請求項２に記載した車両の操舵装置において、
前記反力目標値計算手段が計算する複数の反力目標値は、
少なくとも、前記操舵ハンドルの切込み操作状態のときに付与される反力の反力目標値と、前記操舵ハンドルの戻し操作状態のときに付与される反力の反力目標値とを含むことを特徴とする車両の操舵装置。
【請求項４】
請求項３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設け、
前記反力目標値計算手段は、
前記車速検出手段により検出された車速に応じて、前記操舵ハンドルが戻し操作状態のときに、前記操舵ハンドルを一定の速度で前記中立位置に戻すための反力目標値を計算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ないし請求項４のうちのいずれか一つに記載した車両の操舵装置において、
前記反力目標値計算手段を、
前記検出された操作入力値と予め定めた所定の関係に基づいて、前記反力目標値のうちのばね成分項を計算するばね成分項計算手段と、
前記操舵ハンドルの操舵速度に基づいて、前記反力目標値のうちの粘性成分項を計算する粘性成分項計算手段と、
前記ばね成分項計算手段により計算されたばね成分項と前記粘性成分項計算手段により計算された粘性成分項とを加算して前記反力目標値を計算する加算手段とで構成したことを特徴とする車両の操舵装置。
【請求項６】
前記ばね成分項計算手段が用いる所定の関係は、前記検出された操作入力値と予め定めた比例関係または指数関係である請求項５に記載した車両の操舵装置。
【請求項７】
請求項１に記載した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した車両の操舵装置。
【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した車両の操舵装置。
【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、同操舵ハンドルに反力を付与するための反力アクチュエータと、前記反力アクチュエータを駆動制御して前記操舵ハンドルに付与する反力を制御する反力制御装置とを備えた車両の操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、下記特許文献１に示すような車両用操舵装置は知られている。この従来の車両用操舵装置は、操舵ハンドルと転舵輪との機械的な連結を外したステアリングバイワイヤ方式の車両用操舵装置であり、操舵ハンドルに操作反力を付与する反力アクチュエータを備えている。そして、反力アクチュエータは、通常時（切込み操作時）には、操舵ハンドルの操舵角に比例するトルク（反力）を発生し、手放し時（戻し操作時）には、粘性項または摩擦項を加えたトルクを発生するようになっている。このように、通常時と手放し時のトルクを切り替えることにより、良好な操舵フィーリングと車両挙動の収斂性を両立するようになっている。
【０００３】
また、従来から、例えば、下記特許文献２に示すような操舵制御装置も知られている。この従来の操舵制御装置は、ステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置に適用されて、操舵ハンドルの平均送り速度に応じた平均戻り速度を計算することにより、操舵角に応じた戻り速度を計算するようになっている。そして、戻りの操舵角速度が計算した戻り速度となるように操舵軸モータを制御するようになっている。これにより、操舵ハンドルの送り速度に応じた戻り速度で操舵ハンドルを中立位置に戻すようになっている。
【０００４】
さらに、従来から、例えば、下記特許文献３に示すような電動式パワーステアリング装置も知られている。この電動式パワーステアリング装置は、運転者による手放し状態を判定することにより、モータによるアシストトルクを補正するようになっている。これにより、運転者による操舵ハンドルの操作状態や手放し状態に応じて、最適なアシスト制御を行うようなっている。
【特許文献１】特開２００２−３７１１１号公報
【特許文献２】特開平１０−２６４８３３号公報
【特許文献３】特開平６−８８３７号公報
【０００５】
しかしながら、運転者によって操舵ハンドルが中立位置を通過するように（跨いで）操作された場合には、操舵ハンドルは中立位置を境に戻し操作状態から切込み操作状態になる。このとき、戻し操作状態における反力や戻り速度と、切込み操作状態における反力や送り速度がそれぞれ異なっている場合には、中立位置にて、反力や速度の変化が不連続となる場合がある。このため、運転者は、この不連続な変化に起因した違和感を覚え、良好な操舵フィーリングが得られない可能性がある。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、操舵ハンドルの回動操作に伴う違和感の発生を抑制した車両の操舵装置を提供することにある。
【０００７】
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、同操舵ハンドルに反力を付与するための反力アクチュエータと、前記反力アクチュエータを駆動制御して前記操舵ハンドルに付与する反力を制御する反力制御装置とを備えた車両の操舵装置において、前記反力制御装置を、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運転者の操作に応じて付与する反力の複数の反力目標値を、前記検出された操作入力値を用いて計算する反力目標値計算手段と、前記操舵ハンドルに対する運転者の操作状態であって、前記操作入力値の絶対値が増加する切込み操作状態または前記操作入力値の絶対値が減少する戻し操作状態を判定する操作状態判定手段と、前記操作状態判定手段により判定される前記操舵ハンドルの操作状態が前記操舵ハンドルの中立位置を通過して前記戻し操作状態から前記切込み操作状態に状態変化するとき、前記中立位置の近傍に対応する操作入力値を用いて計算される複数の反力目標値のうち、前記状態変化に伴って発生する反力の変動量を抑制する反力目標値を選択して決定する反力目標値決定手段とで構成したことにある。
【０００８】
この場合、前記反力目標値決定手段は、前記操舵ハンドルの操作方向に基づき、前記中立位置に対応する操作入力値を用いて計算される複数の反力目標値のうちの最大の反力目標値または最小の反力目標値を選択して決定するとよい。また、これらの場合、前記反力目標値計算手段が計算する複数の反力目標値は、少なくとも、前記操舵ハンドルの切込み操作状態のときに付与される反力の反力目標値と、前記操舵ハンドルの戻し操作状態のときに付与される反力の反力目標値とを含むとよい。また、車両の車速を検出する車速検出手段を設け、前記反力目標値計算手段は、前記車速検出手段により検出された車速に応じて、前記操舵ハンドルが戻し操作状態のときに、前記操舵ハンドルを一定の速度で前記中立位置に戻すための反力目標値を計算するとよい。さらに、前記反力目標値計算手段を、前記検出された操作入力値と予め定めた所定の関係に基づいて、前記反力目標値のうちのばね成分項を計算するばね成分項計算手段と、前記操舵ハンドルの操舵速度に基づいて、前記反力目標値のうちの粘性成分項を計算する粘性成分項計算手段と、前記ばね成分項計算手段により計算されたばね成分項と前記粘性成分項計算手段により計算された粘性成分項とを加算して前記反力目標値を計算する加算手段とで構成するとよい。そして、前記ばね成分項計算手段が用いる所定の関係は、例えば、前記検出された操作入力値と予め定めた比例関係または指数関係であるとよい。
【０００９】
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よい。さらに、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よい。
【００１０】
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（例えば、変位量としての操舵角や操作力としてのトルク）を用いて、前記操舵ハンドルの切込み操作状態のときに付与される反力の反力目標値（例えば、トルク値）と前記操舵ハンドルの戻し操作状態のときに付与される反力の反力目標値とを含む複数の反力目標値が計算される。また、操舵ハンドルに対する運転者の操作状態であって、操作入力値の絶対値が増加する切込み操作状態または操作入力値の絶対値が減少する戻し操作状態が判定される。そして、この判定に基づき、操舵ハンドルの操作状態が前記操舵ハンドルの中立位置を通過して戻し操作状態から切込み操作状態に状態変化するときには、複数の反力目標値のうち、状態変化に伴って発生する反力の変動量を抑制する反力目標値が選択されて決定される。このとき、操舵ハンドルの操作方向（右方向または左方向）で操作入力値の符号が変化する場合には、反力目標値のうち、最大の反力目標値または最小の反力目標値が選択されて決定される。
【００１１】
したがって、切込み操作状態にて付与される反力を表す反力目標値と、戻し操作状態にて付与される反力を表す反力目標値とがそれぞれ異なっていて、中立位置を通過する（所謂、中立位置を跨ぐ）ように操舵ハンドルが操作された場合であっても、中立位置における複数の反力目標値から一の反力目標値を適宜選択することによって、操舵ハンドルに付与される反力の不連続性を大幅に低減することができる。すなわち、今、例えば、操舵ハンドルの左右方向への操作に関し、切込み操作状態における反力目標値が大きく計算され、戻し操作状態における反力目標値が小さく計算される状態を考える。運転者によって、操舵ハンドルが左方向に操作されており、この状態から右方向に戻し操作されれば、小さな反力目標値による反力が中立位置まで操舵ハンドルに付与される。そして、操舵ハンドルが中立位置に復帰した次の瞬間に操舵ハンドルは右方向に切込み操作状態とされるため、大きな反力目標値による反力が付与される。このため、操舵ハンドルに付与される反力は、中立位置を境として不連続となり、運転者は違和感を覚える。
【００１２】
これに対し、操舵ハンドルが左方向からの戻し操作状態にあれば、中立位置に復帰する直前から反力目標値のうち絶対値が最大の反力目標値、言い換えれば、戻し操作状態であっても切込み操作状態の反力目標値を選択することにより、前記反力の不連続性が効果的に抑制される。したがって、運転者は、違和感を覚えることなく操舵ハンドルを操作することができる。
【００１３】
また、車速に応じて、操舵ハンドルを一定の速度で中立位置まで戻すことができるため、全車速域に渡り、車両挙動を極めて良好に収斂させることができる。また、反力目標値計算手段を、ばね成分項を計算するばね成分項計算手段と、粘性成分項を計算する粘性成分項計算手段と、ばね成分項と粘性成分項を加算して反力の反力目標値を計算する加算手段とで構成することにより、例えば、切込み操作状態と戻し操作状態のそれぞれの反力目標値を極めて容易に設定することができる。これにより、運転者の好みに応じて反力目標値を設定することもできる。さらに、ばね成分項計算手段が用いる所定の関係を、検出された操作入力値と予め定めた比例関係または指数関係とすることができ、特に、指数関係とした場合には、運転者が操舵ハンドルを介して知覚する反力を人間の知覚特性に合わせることができ好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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、同第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。
【００１５】
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。
【００１６】
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、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。
【００１７】
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を備えている。
【００１８】
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、右方向の回転角を正の値で表すとともに、左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。
【００１９】
これらのセンサ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、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３４にフィードバックされている。
【００２０】
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。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、操舵ハンドル１１の回動操作に基づいて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δfを決定するとともに、同決定された目標転舵角δf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５０とからなる。
【００２１】
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および転舵制御部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に比例する、ばね成分項としての反力トルクTzを計算する。
Tz＝a・θ  …式１
ただし、前記式１中のaは所定の比例定数である。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が正であれば比例定数aを負の値とするとともに、検出操舵角θが負であれば比例定数aを前記負の比例定数a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。
【００２２】
また、反力制御部４０においては、操舵速度−トルク変換部４２が、下記式２に従い、操舵角センサ３１によって検出された操舵角θの時間微分値すなわち操舵速度Δθを計算する。そして、操舵速度−トルク変換部４２は、計算した操舵速度Δθを用いて、下記式３に従い、操舵速度Δθに比例する、粘性成分項としての粘性トルクTrを計算する。
Δθ＝dθ／dt  …式２
Tr＝b・Δθ  …式３
ただし、前記式３中のbは比例定数である。また、前記式３の操舵速度Δθは前記式２に従って計算された操舵速度Δθの絶対値を表しているものとし、計算された操舵速度Δθが正であれば比例定数bを負の値とするとともに、計算された操舵速度Δθが負であれば比例定数bを前記負の比例定数bと同じ絶対値を有する正の値とする。なお、前記式３の演算に代えて、操舵速度Δθに対する粘性トルクTr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、粘性トルクTrを計算するようにしてもよい。
【００２３】
上記のように計算された反力トルクTzおよび粘性トルクTrは、トルク加算部４３に供給される。トルク加算部４３は、下記式４を用いて、供給された反力トルクTzと粘性トルクTrとを加算する。そして、トルク加算部４３は、運転者によって操舵ハンドル１１の操舵角θの絶対値を大きくする回動操作（以下、この回動操作を切込み操作という）されたときに、操舵ハンドル１１に付与する反力としての切込みトルクTmaを計算する。
Tma＝Tz＋Tr  …式４
そして、トルク加算部４３は、計算した切込みトルクTmaを戻しトルク計算部４４と反力トルク決定部４５に供給する。
【００２４】
戻しトルク計算部４４は、運転者によって操舵ハンドル１１の操舵角θの絶対値を小さくする回動操作（以下、この回動操作を戻し操作という）されたときに、操舵ハンドル１１に付与する反力としての戻しトルクTmbを、下記式５に従って計算する。
Tmb＝K・Tma  …式５
ただし、前記式５中のTmaはトルク加算部４３から供給される切込みトルクTmaであり、係数Kは、操舵ハンドル１１を中立位置まで戻すときの戻し角速度に関する係数であり、下記式６に従って計算される。
K＝(1−｜Δθ｜／Kom(V))  …式６
ここで、前記式６中のΔθは操舵速度−トルク変換部４２により前記式２に従って計算されて供給される操舵速度Δθである。
【００２５】
また、前記式６右辺の関数Kom(V)は、車速センサ３３による検出車速Vに応じて変化し、検出車速Vに対して操舵ハンドル１１の戻し角速度が一様となるように決定された関数である。そして、関数Kom(V)は下記式７に従って計算される。
Kom(V)＝Kom(Vo)・(1＋Vo／（Vo＋V)  …式７
ただし、前記式７中のKom(Vo)は、所定の車速Voにおいて予め設定された所定の戻し角速度定数である。そして、前記式７に従って計算される関数Kom(V)は、車速センサ３３によって検出される車速Vの増大に伴って小さな値となり、車速Vの減少に伴って大きな値となる。このため、前記式６に従って計算される係数Kは、車速Vの増大に伴って小さな値となり、車速Vの減少に伴って大きな値となる。したがって、前記式５により計算される戻しトルクTmbは、車速Vの増大に伴って小さな値として計算され、車速Vの減少に伴って大きな値として計算される。
【００２６】
ここで、一般的に、運転者は、車速Vが大きな高速走行時においては、操舵ハンドル１１をゆっくりと回動操作する。また、運転者は、車速Vが比較的小さな中速走行時や低速走行時においては、操舵ハンドル１１を素早く回動操作する。このように、車両の車速Vに応じて、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作状態が異なる場合があり、これに起因して、操舵速度Δθも車速Vに応じて異なる場合がある。これに対して、関数Kom(V)を用いて係数Ｋを計算するとともに同係数Kに基づいて戻しトルクTmbを計算することにより、全車速域にて、操舵ハンドル１１の戻し操作に関し、運転者の回動操作感覚特性に合わせることができる。そして、戻しトルク計算部４４は、計算した戻しトルクTmbを反力トルク決定部４５に供給する。なお、本第１実施形態においては、係数Kを関数Kom(V)に基づいて計算するように実施したが、例えば、関数Kom(V)を所定の戻し角速度定数Kom(Vo)のように定数項に置き換えて実施可能であることはいうまでもない。
【００２７】
反力トルク決定部４５は、トルク加算部４３から切込みトルクTmaを入力するとともに、戻しトルク計算部４４から戻しトルクTmbを入力する。さらに、反力トルク決定部４５は、回動操作状態判定部４６から操舵ハンドル１１の回動操作状態を表す判定フラグＦＲＧも入力する。回動操作状態判定部４６は、操舵角センサ３１から検出操舵角θを入力するとともに、操舵速度−トルク変換部４２から前記式２に従って計算された操舵速度Δθをも入力する。そして、回動操作状態判定部４６は、これら入力した検出操舵角θおよび操舵速度Δθに基づいて、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作状態を判定する。具体的に説明すると、まず、回動操作状態判定部４６は、入力した検出操舵角θの正負に基づき、検出操舵角θが正であれば操舵ハンドル１１が中立位置から右方向に回動操作されていると判定し、検出操舵角θが負であれば操舵ハンドル１１が中立位置から左方向に回動操作されていると判定する。
【００２８】
そして、回動操作状態判定部４６は、入力した操舵速度Δθの正負に基づいて、右方向または左方向に回動操作されている操舵ハンドル１１が、切込み操作または戻し操作されているか否かを判別し、判定フラグＦＲＧを設定する。この回動操作状態判定部４６による判定フラグＦＲＧの設定を、図５に示すテーブルを用いて説明する。今、操舵ハンドル１１が中立位置から右方向に回動操作されている状態、言い換えれば、検出操舵角θが正である状態において、操舵速度Δθが正であれば、回動操作状態判定部４６は、操舵ハンドル１１が右方向に切込み操作されたと判定する。そして、回動操作状態判定部４６は、判定フラグＦＲＧを、例えば、「０」に設定する。一方で、同様に検出操舵角θが正である状態において、操舵速度Δθが負であれば、回動操作状態判定部４６は、操舵ハンドル１１が左方向に戻し操作されたと判定する。そして、回動操作状態判定部４６は、判定フラグＦＲＧを、例えば、「１」に設定する。
【００２９】
また、操舵ハンドル１１が中立位置から左方向に回動操作されている状態、言い換えれば、検出操舵角θが負である状態において、操舵速度Δθが負であれば、回動操作状態判定部４６は、操舵ハンドル１１が左方向に切込み操作されたと判定する。そして、回動操作状態判定部４６は、判定フラグＦＲＧを、例えば、「２」に設定する。一方で、同様に検出操舵角θが負である状態において、操舵速度Δθが正であれば、回動操作状態判定部４６は、操舵ハンドル１１が右方向に戻し操作されたと判定する。そして、回動操作状態判定部４６は、判定フラグＦＲＧを、例えば、「３」に設定する。
【００３０】
そして、このように設定された判定フラグＦＲＧは、反力トルク決定部４５に供給される。反力トルク決定部４５は、回動操作状態判定部４６から供給される判定フラグＦＲＧの設定状態に応じて、切込みトルクTmaまたは戻しトルクTmbを操舵ハンドル１１に付与する目標反力トルクTfとして決定する。以下、反力トルク決定部４５の動作について、図６を用いて詳細に説明する。
【００３１】
運転者によって操舵ハンドル１１が回動操作されると、検出操舵角θは、例えば、図６にて細実線により示すように時間変化する。このような検出操舵角θの時間変化に基づき、回動操作状態判定部４６は、上述したように判定フラグＦＲＧを設定する。すなわち、図６に示す状態においては、まず、時刻t1にて、運転者によって操舵ハンドル１１が左方向に切込み操作されている。これにより、回動操作状態判定部４６は、判定フラグＦＲＧを「２」に設定して反力トルク決定部４５に供給する。反力トルク決定部４５においては、供給された判定フラグＦＲＧに基づき、現在操舵ハンドル１１が左方向にて切込み操作されていると判定する。そして、図６にて一点鎖線で示す切込みトルクTmaを操舵ハンドル１１に付与する目標反力トルクTf（図６にて太実線で示す）として決定する。
【００３２】
また、時刻t2においては、運転者によって操舵ハンドル１１が左方向にて戻し操作されている。これにより、回動操作状態判定部４６は、判定フラグＦＲＧを「３」に設定して反力トルク決定部４５に供給する。反力トルク決定部４５においては、先回供給された判定フラグＦＲＧ「２」を今回供給された判定フラグＦＲＧ「３」に置き換えることにより、操舵ハンドル１１が左方向にて切込み操作から戻し操作に切り替わったと判定する。そして、反力トルク決定部４５は、先回決定した切込みトルクTmaに代えて、図６にて破線で示す戻しトルクTmbを操舵ハンドル１１に付与する目標反力トルクTfとして決定する。
【００３３】
時刻t2にて戻し操作された操舵ハンドル１１は、時刻t3において中立位置に戻される。さらに、運転者によって同一方向（右方向）に操舵ハンドル１１が回動操作されると、操舵ハンドル１１は中立位置から右方向にて切込み操作されることになる。これにより、回動操作状態判定部４６は、時刻t3にて判定フラグＦＲＧを「０」に設定して、反力トルク決定部４５に供給する。反力トルク決定部４５においては、先回供給された判定フラグＦＲＧ「３」を今回供給された判定フラグＦＲＧ「０」に置き換えることにより、操舵ハンドル１１が左方向での戻し操作から右方向での切込み操作に切り替わったと判定する。このように、操舵ハンドル１１が中立位置を跨いで回動操作される、すなわち、操舵ハンドル１１が戻し操作（切込み操作）から切込み操作（戻し操作）へと回動操作状態が切り替わるときには、反力トルク決定部４５は、切込みトルクTmaと戻しトルクTmbとの大きさを比較する。そして、反力トルク決定部４５は、前記操舵ハンドル１１の回動操作状態の切り替わりに伴う目標反力トルクTfの変動量を小さくし、目標反力トルクTfが滑らかに推移するように切込みトルクTmaまたは戻しトルクTmbのいずれかを選択して決定する。
【００３４】
すなわち、操舵ハンドル１１が中立位置を跨ぐように回動操作されたときには、中立位置近傍（すなわち検出操舵角θが略「０」）にて、前記式１に従って計算される反力トルクTzの値は略「０」まで小さくなる。しかしながら、回動操作に伴う操舵速度Δθによって、前記式３に従って計算される粘性トルクTrは所定の値を有する。このため、中立位置近傍においては、計算される切込みトルクTmaまたは戻しトルクTmbは、粘性トルクTrに依存するようになる。また、操舵速度Δθを用いて前記式６により計算される係数Kの値は操舵速度Δθが大きいほど小さくなる。したがって、前記式５に従って計算される戻しトルクTmbは、操舵速度Δθが大きくなるに従って切込みトルクTmaの値に比してより小さく計算されるため、切込みトルクTmaの絶対値と戻しトルクTmbの絶対値との差が大きくなる。
【００３５】
このため、例えば、操舵ハンドル１１の回動操作状態の切り替わる際に、反力トルク決定部４５が、回動操作状態判定部４６から供給される判定フラグＦＲＧの変化（詳しくは判定フラグＦＲＧが「０」または「１」から「３」または「２」（あるいは、判定フラグＦＲＧが「３」または「２」から「０」または「１」）への変化）のみに基づいて目標反力トルクTfを決定した場合には、大きなトルク変動を生じる場合がある。したがって、反力トルク決定部４５は、供給された判定フラグＦＲＧに基づいて、操舵ハンドル１１が中立位置を跨いで回動操作されるときには、切込みトルクTmaまたは戻しトルクTmbのうち、目標反力トルクTfをより滑らかに推移させることができるトルクを選択して決定する。
【００３６】
具体的に、時刻t3における反力トルク決定部４５の動作を説明する。時刻t3においては、回動操作状態判定部４６から供給される判定フラグＦＲＧが「３」から「０」に変化する。これにより、反力トルク決定部４５は、操舵ハンドル１１が左方向の回動操作から右方向への回動操作に切り替わったと判定する。このとき、反力トルク決定部４５が、単に判定フラグＦＲＧの変化に基づいて戻しトルクTmbに代えて切込みトルクTmaを選択して決定した場合には、図７に示すように、目標反力トルクTfは中立位置にて戻しトルクTmb（図７において破線で示す）に従って一旦「０」となり、その後、切込みトルクTma（図７において一点鎖線で示す）に従って急増する。このように、単に判定フラグＦＲＧに基づいて戻しトルクTmbから切込みトルクTmaに切り替えて目標反力トルクTfを決定した場合には、トルクの変動量が大きくなる。
【００３７】
これに対し、反力トルク決定部４５は、時刻t3（詳しくは、時刻t3の前後所定時間幅を有している）にて、中立位置近傍における戻しトルクTmbと切込みトルクTmaの大きさを比較し、右方向すなわち正の最大値（切込みトルクTma）を目標反力トルクTfとして決定する。これにより、図６の時刻t3の円内に示すように、太実線で表された目標反力トルクTfの変動量が極めて小さく抑えられる。そして、時刻t3以降においては、反力トルク決定部４５は、供給された判定フラグＦＲＧ「０」に従って切込みトルクTmaを操舵ハンドル１１に付与する目標反力トルクTfとして決定する。
【００３８】
また、時刻t4においては、運転者によって操舵ハンドル１１が右方向にて戻し操作されている。これにより、回動操作状態判定部４６は、判定フラグＦＲＧを「１」に設定して反力トルク決定部４５に供給する。反力トルク決定部４５においては、先回供給された判定フラグＦＲＧ「０」を今回供給された判定フラグＦＲＧ「１」に置き換えることにより、操舵ハンドル１１が右方向にて切込み操作から戻し操作に切り替わったと判定する。そして、反力トルク決定部４５は、先回決定した切込みトルクTmaに代えて、戻しトルクTmbを操舵ハンドル１１に付与する目標反力トルクTfとして決定する。
【００３９】
時刻t4にて戻し操作された操舵ハンドル１１は、時刻t5において再び中立位置に戻される。さらに、運転者によって同一方向（左方向）に操舵ハンドル１１が回動操作されると、操舵ハンドル１１は中立位置から左方向にて切込み操作されることになる。これにより、回動操作状態判定部４６は、時刻t5にて判定フラグＦＲＧを「２」に設定して、反力トルク決定部４５に供給する。反力トルク決定部４５は、回動操作状態判定部４６から供給される判定フラグＦＲＧが「１」から「２」に変化することにより、操舵ハンドル１１が右方向の回動操作から左方向への回動操作に切り替わったと判定する。これにより、反力トルク決定部４５は、時刻t5（詳しくは、時刻t5の前後所定時間幅を有している）にて、中立位置近傍における戻しトルクTmbと切込みトルクTmaの大きさを比較し、左方向すなわち負の最小値（切込みトルクTma）を目標反力トルクTfとして決定する。これにより、図６の時刻t5の円内に示すように、太実線で表された目標反力トルクTfの変動量が極めて小さく抑えられる。そして、時刻t5以降においては、反力トルク決定部４５は、上述したように、供給された判定フラグＦＲＧ「２」に従って切込みトルクTmaを操舵ハンドル１１に付与する目標反力トルクTfとして決定する。
【００４０】
ふたたび、図２に戻り、このように決定された目標反力トルクTfは、駆動制御部４７に供給される。駆動制御部４７は、駆動回路３５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、同電動モータに目標反力トルクTfに対応した駆動電流が流れるように駆動回路３５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に反力としての目標反力トルクTfを付与する。
【００４１】
一方、転舵制御部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８に従って操舵トルクTdを計算する。
Td＝a・θ  …式８
この場合も、前記式８中のaは所定の比例定数である。ただし、前記式８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が正であれば比例定数aを正の値とするとともに、検出操舵角θが負であれば比例定数aを前記正の比例定数a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８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。
【００４２】
この計算された操舵トルクTdは、転舵角変換部５２に供給される。転舵角変換部５２は、計算された操舵トルクTdに対応した左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δfを計算するものであり、図８に示すように、車速Vに応じて変化して操舵トルクTdに対する目標転舵角δf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と操舵ハンドル１１に付与される操舵トルクT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５２は、このテーブルを参照して、前記入力した操舵トルクTd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δfを計算する。また、前記テーブルに記憶されている操舵トルクTと目標転舵角δfはいずれも正であるが、変位−トルク変換部５１から供給される操舵トルクTdが負であれば、出力される目標転舵角δfも負となる。
【００４３】
この計算された目標転舵角δfは、駆動制御部５３に供給される。駆動制御部５３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が目標転舵角δf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５３は、駆動回路３６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３６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は目標転舵角δfに転舵される。
【００４４】
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、切込み操作状態にて操舵ハンドル１１付与される切込みトルクTmaと、戻し操作状態にて操舵ハンドル１１付与される戻しトルクTmbとがそれぞれ異なっており、中立位置を跨ぐように操舵ハンドル１１が操作された場合であっても、操舵ハンドル１１に付与される目標反力トルクTfの変動を大幅に低減することができる。すなわち、戻し操作状態であっても戻しトルクTmbに代えて、より絶対値の大きな切込みトルクTmaを選択することにより、目標反力トルクTfの不連続性（トルク変動）が効果的に抑制される。したがって、運転者は、違和感を覚えることなく操舵ハンドル１１を操作することができる。
【００４５】
また、車速Vに応じて、操舵ハンドル１１を運転者の回動操作感覚特性に合わせて中立位置まで戻すことができるため、全車速域に渡り、車両挙動を極めて良好に収斂させることができる。また、切込みトルクTma（戻しトルクTmb）を、変位−トルク変換部４１と、操舵速度−トルク変換部４２と、トルク加算部４３とによって計算することにより、例えば、切込みトルクTmaと戻しトルクTmbとを極めて容易に設定することができる。これにより、運転者の好みに応じて切込みトルクTmaと戻しトルクTmbを設定することもできる。
【００４６】
ｂ．第２実施形態
上記第１実施形態においては、反力制御部４０の変位−トルク変換部４１が操舵角θの比例関数である反力トルクTzを計算するように実施した。これにより、操舵ハンドル１１に付与される目標反力トルクTfのばね成分としての反力トルクTzは操舵角θに比例するようになり、特に、運転者が操舵ハンドル１１を一定の操舵速度で回動操作したときには、操舵角θの増大に伴って比例関数的に増大する目標反力トルクTfを知覚するようにした。これに対し、操舵ハンドル１１の回動操作感覚を運転者の知覚特性により合致させるために、反力トルクTzを操舵角θに対して指数関数的に変化させて実施することも可能である。以下、この第２実施形態について詳細に説明する。なお、この第２実施形態においては、反力制御部４０に関し、変位−トルク変換部４１による反力トルクTzの演算のみが上記第１実施形態と異なるため、同反力制御部４０に関して上記第１実施形態と同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４７】
操舵ハンドル１１の回動操作感覚を運転者の知覚特性に合わせるために、本発明者等は、人間の知覚特性に関するウェーバー・ヘフナー(Weber-Fechner)の法則を車両の操舵操作に適用した。すなわち、ウェーバー・ヘフナーの法則によれば、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、人間の操作量すなわち操舵ハンドル１１の操舵角θに対して人間に与えられる刺激の物理量すなわち目標反力トルクTfを指数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。
【００４８】
したがって、この第２実施形態においては、反力制御部４０の変位−トルク変換部４１は、操舵角センサ３１から供給された検出操舵角θを入力するとともに、下記式９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９
ただし、前記式１中のToは、運転者が知覚し得る最小トルクを表す定数であり、K1は後述するように決められる定数である。また、前記式９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９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９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。
【００４９】
ここで、前記式９中の定数K1の決め方について説明しておく。なお、この定数K1の決め方の説明においては、反力トルクTzを単にトルクT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、トルクＴ（反力トルクTz）に関し、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。
【００５０】
すなわち、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しないように調整する人間のトルク調整能力を計測した。すなわち、前記状況下で、ある時点での検出トルクをTとし、同検出トルクTからの変化を知覚し得る最小のトルク変化量を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。
【００５１】
一方、前記式９を部分するとともに、同微分した式において式９を考慮すると、下記式１０が成立する。
ΔT＝To・exp(K1・θ)・K1・Δθ＝T・K1・Δθ  …式１０
この式１０を変形するとともに、前記実験により求めたトルクTに関するウェーバー比ΔT／TをKtとすると、下記式１１が成立する。
K1＝ΔT／(T・Δθ)＝Kt／Δθ  …式１１
【００５２】
また、最大トルクをTmaxとすれば、前記式９より下記式１２が成立する。
Tmax＝To・exp(K1・θmax)  …式１２
この式１２を変形すれば、下記式１３が成立する。
K1＝log(Tmax／To)／θmax  …式１３
そして、前記式１１および式１３から下記式１４が導かれる。
Δθ＝Kt／K1＝Kt・θmax／log(Tmax／To)  …式１４
この式１１において、KtはトルクTのウェーバー比であり、θmaxは操舵角の最大値であり、TmaxはトルクT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、操舵速度Δθは前記式１４を用いても計算できる。そして、この操舵速度Δθとウェーバー比Ktを用いて、前記式１１に基づいて係数K1も計算できる。
【００５３】
このように計算された反力トルクTzは、上記第１実施形態と同様に、操舵速度−トルク変換部４２により計算された粘性トルクTrとともに、トルク加算部４３に供給される。そして、トルク加算部４３は、前記式４に従って、切込みトルクTmaを計算し、同切込みトルクTmaを戻しトルク計算部４４と反力トルク決定部４５に供給する。これにより、戻しトルク計算部４４は、前記式５に従って戻しトルクTmbを計算し、同計算した戻しトルクTmbを反力トルク決定部４５に供給する。
【００５４】
反力トルク決定部４５は、切込みトルクTmaおよび戻しトルクTmbを入力するとともに、回動操作状態判定部４６から判定フラグＦＲＧを入力する。そして、反力トルク決定部４５は、上記第１実施形態と同様に、入力した判定フラグＦＲＧの設定状態に応じて、切込みトルクTmaまたは戻しトルクTmbを操舵ハンドル１１に付与する目標反力トルクTfとして決定する。この目標反力トルクTfの決定に際しても、反力トルク決定部４５は、操舵ハンドル１１が中立位置を跨いで回動操作された場合、すなわち、判定フラグＦＲＧが「０」または「１」から「３」または「２」（あるいは、判定フラグＦＲＧが「３」または「２」から「０」または「１」）に変化する場合には、目標反力トルクTfをより滑らかに推移させることができるトルクを選択して決定する。
【００５５】
これにより、この第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、操舵ハンドル１１を介して運転者が知覚する反力は、操舵ハンドル１１の全回動可能範囲内にて極めて滑らかに付与され、運転者が違和感を覚えることがない。また、反力トルクTzを運転者が操舵ハンドル１１を介して入力した操舵角θに対して指数関数的に変化させることにより、特に、運転者が操舵ハンドル１１を一定の操舵速度で回動操作した場合には、ウェーバー・ヘフナーの法則に従って、人間の知覚特性に合った反力が付与される。したがって、運転者は、良好な操舵ハンドル１１の操作感覚を得ることができる。
【００５６】
なお、この第２実施形態においては、運転者が操舵ハンドル１１を介して知覚する反力（目標反力トルクTf）を人間の知覚特性に合わせるように、ウェーバー・ヘフナーの法則に従って、ばね成分としての反力トルクTzを操舵角θに対して指数関数的に変化させるようにした。これにより、運転者は、操作量（操舵角θ）と物理量（目標反力トルクTf）との関係が人間の知覚特性に合った状態で操舵ハンドル１１を回動操作することができる。ところで、特に、ステアリングバイワイヤ方式の操舵装置においては、反力制御と転舵制御とをそれぞれ独立させることができるため、ウェーバー・ヘフナーの法則を左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵制御にも適用することができる。この場合、運転者は、操作量（操舵角θ）に対する物理量として、車両の運動状態量（例えば横加速度など）を知覚する。この転舵制御を以下に説明しておく。
【００５７】
この転舵制御においては、上記第１実施形態の変位−トルク変換部５１が、前記式９と同様な下記式１５に従って操舵トルクTdを計算する。
Td＝To・exp(K1・θ)  …式１５
この場合も、前記式１５中のTo，K1は、前記式９と同様な定数である。ただし、前記式１５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１５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９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。
【００５８】
そして、計算された操舵トルクTdは、図２にて破線で示すトルク−横加速度変換部５４に供給される。トルク−横加速度変換部５４は、運転者が操舵ハンドル１１の回動操作に起因して発生し、例えば、車内の所定部位への運転者の体の一部の接触によって知覚するであろう横加速度（以下、この横加速度を見込み横加速度Gdという）を計算する。すなわち、トルク−横加速度変換部５４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１６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１７に従って変換する。
Gd＝０  （｜Td｜＜To）  …式１６
Gd＝C・TdK2  （To≦｜Td｜）  …式１７
ただし、前記式１７中のCは、例えば、車両が発生し得る横加速度の最大値や操舵トルクの最大値など実験および車両のシステムによって決定される定数に基づいて決められる定数である。また、前記式１７中の操舵トルクTdは前記式１５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１６，１７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１０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。
【００５９】
また、前記式１７中のK2は、次に示すように決められる定数である。以下、定数K2の決め方について説明するが、この説明においては、見込み横加速度Gdを単に横加速度Gとして扱う。本発明者等は、上述したトルクT（反力トルクTz）に関するウェーバー比と同様に、横加速度G（見込み横加速度Gd）に関する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、車両の運転暦などの異なる種々の人間に対して行った。
【００６０】
すなわち、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。
【００６１】
一方、前記式１７を微分するとともに、同微分した式において式１７を考慮すると、下記式１８が成立する。
ΔG＝C・K2・TK2-1・ΔT＝G・K2・ΔT／T  …式１８
この式１８を変形し、かつ上述した実験により求めたトルクTに関するウェーバー比Kt、横加速度Gに関するウェーバー比ΔF／FをKaとすると下記式１９，２０が成立する。
ΔG／G＝K2・ΔT／T  …式１９
K2＝Ka／Kt  …式２０
この式２０において、KtはトルクTに関するウェーバー比であるとともに、Kaは横加速度Gに関するウェーバー比であって、とも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２０に基づいて係数K2が計算できる。
【００６２】
そして、前記式１７において、前記式１５を用いて、操舵トルクTdを消去すると、下記式２１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２１
この式２１において、Goは定数C・ToK2であり、式２１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。このことから、見込み横加速度Gdは、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を回動すれば、操舵ハンドル１１の回動操作と車両の転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。
【００６３】
なお、前記式１６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１５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１７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、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。
【００６４】
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。
【００６５】
そして、計算された見込み横加速度Gdは、転舵角変換部５２に供給される。この第２実施形態における転舵角変換部５２は、計算された見込み横加速度Gdに対応した左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δfを計算するものである。そして、転舵角変換部５２は、上記第１実施形態と同様に、図８に示すような車速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δf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５２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δfを計算する。また、前記テーブルに記憶されている見込み横加速度Gdと目標転舵角δfはいずれも正であるが、トルク−横加速度変換部５４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δfも負となる。
【００６６】
そして、この第２実施形態においても、計算された目標転舵角δfは、駆動制御部５３に供給される。これにより、駆動制御部５３は、転舵角センサ３２から入力する左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の実転舵角δが目標転舵角δfとな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。このフィードバック制御により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、目標転舵角δfに転舵される。
【００６７】
なお、上述した転舵制御においては、車両の運動状態量として横加速度G（見込み横加速度Gd）を採用して実施したが、その他、例えば、車両に発生するヨーレートや車両の旋回曲率を採用することもできる。この場合においても、ヨーレートや旋回曲率は、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に起因して、例えば、車内の所定部位への接触や運転者の視覚などによって知覚されるものである。したがって、ウェーバー・ヘフナーの法則に従って、運転者は、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵することができる。
【００６８】
上記第１または第２実施形態においては、操舵ハンドル１１の操作入力値として操舵角θを採用して実施した。これに代えて、または、加えて、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３７を備えている。他の構成については上記第１または第２実施形態と同じであるが、電子制御ユニット３４にて実行されるコンピュータプログラムは上記第１または第２実施形態の場合とは若干異なる。
【００６９】
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４１，５１は設けられておらず、トルク加算部４３が、操舵トルクセンサ３７によって検出された操舵トルクTを反力トルクTzとして用いて切込みトルクTmaを計算する。ここで、この変形例を、上記第２実施形態に適用する場合には、操舵速度−トルク変換部４２は、前記式１４により計算された操舵速度Δθを用いて、前記式３に従い、操舵速度Δθに比例する、粘性成分としての粘性トルクTrを計算する。なお、電子制御ユニット３４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または第２実施形態の場合と同じである。
【００７０】
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すなわち反力トルクTzが、トルク加算部４３によって粘性トルクTrに加算されて、切込みトルクTmaが計算される。計算された切込みトルクTmaは、戻しトルク計算部４４および反力トルク決定部４５に供給される。戻しトルク計算部４４は、供給された切込みトルクTmaを用いて戻しトルクTmbを計算する。反力トルク決定部４５は、回動操作状態判定部４６からの判定フラグＦＲＧの設定状態に基づいて、目標反力トルクTfを決定する。この場合も、反力トルク決定部４５は、操舵ハンドル１１が中立位置を跨いで回動操作された場合、すなわち、判定フラグＦＲＧが「０」または「１」から「３」または「２」（あるいは、判定フラグＦＲＧが「３」または「２」から「０」または「１」）に変化する場合には、目標反力トルクTfをより滑らかに推移させることができるトルクを選択して決定する。したがって、この変形例によっても、上記第１または第２実施形態およびの場合と同様な効果が期待される。
【００７１】
さらに、上記第１または第２実施形態による反力制御と、前記変形例による反力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３７の両方を備え、上記第１または第２実施形態のように変位−トルク変換部４１にて計算される反力トルクTzを用いて目標反力トルクTfを計算する場合と、操舵トルクセンサ３７によって検出された操舵トルクTを用いて目標反力トルクTf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。
【００７２】
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。
【００７３】
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、ステアリングバイワイヤ方式の操舵装置の反力制御に本発明を適用して実施した。しかしながら、機械的に連結されたその他の操舵装置、例えば、電動パワーステアリング装置であっても、電動モータの作動によって、操舵ハンドルに反力を付与することが可能である。この場合には、本発明を適用することにより、特に、中立位置近傍での反力トルクを極めて滑らかに付与することができ、運転者が違和感を覚えることがない。
【００７４】
また、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。
【００７５】
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】
【００７６】
【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】操舵角と反力トルクの関係を示すグラフである。
【図４】操舵速度と粘性トルクの関係を示すグラフである。
【図５】回動操作状態を判定するための判定フラグを説明するための表である。
【図６】操舵ハンドルの回動操作の時間変化に対して付与される目標反力トルクの変化を説明するためのグラフである。
【図７】図６の中立位置近傍にて操舵ハンドル付与する目標反力トルクの選択を説明するための図である。
【図８】操舵トルクと目標転舵角の関係を示すグラフである。
【図９】第２実施形態に係り、操舵角θと反力トルクの関係を示すグラフである。
【図１０】第２実施形態に係り、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。
【符号の説明】
【００７７】
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…電子制御ユニット、３７…操舵トルクセンサ、４０…反力制御部、５０…転舵制御部、４１，５１…変位−トルク変換部、４２…操舵速度−トルク変換部、４３…トルク加算部、４４…戻しトルク計算部、４５…反力トルク決定部、４６…回動操作状態判定部、５２…転舵角変換部、５４…トルク−横加速度変換部
【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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