(57)【要約】【課題】  運転者による操舵ハンドルの回動操作を容易とするとともに、中立位置近傍における操舵ハンドルの不意な回動を防止する車両の操舵装置を提供すること。【解決手段】  操舵反力付与装置１３は操舵ハンドル１１に対して操舵角θに比例した反力トルクTzが付与する。電子制御ユニット３５は操舵角θと指数関係にある目標転舵角δdを計算する。この計算によれば、操舵ハンドル１１が中立位置近傍で僅かに回動された場合には目標転舵角δdが小さく計算される。したがって、中立位置近傍にて操舵ハンドルが不意に回動しても車両のふらつきを防止することができる。また、操舵ハンドル１１が中立位置近傍外で回動された場合には目標転舵角δdが大きく計算される。したがって、操舵ハンドル１１の回動操作範囲を小さくすることができ、比例関数的に付与される反力トルクTzが極めて大きくなることを防止できる。【選択図】  図１
2006008032.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回動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、操舵ハンドルの回動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おいて、
前記操舵ハンドルに対する運転者の回動操作に伴って弾性変形し、同弾性変形に基づく復元力を前記操舵ハンドルに反力として付与する操舵反力付与手段を備え、
前記転舵制御装置を、
前記操舵ハンドルに対する運転者の回動操作により入力された操作入力値を検出する操作入力値検出手段と、
前記検出された操作入力値に対応した前記転舵輪の転舵角を前記操作入力値の増大に伴って前記転舵角の変化量が増大する所定の関係に基づ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】
前記転舵角計算手段の所定の関係は、
前記操作入力値が小さいときに前記転舵角の変化量が小さくなり、前記操作入力値が大きいときに前記転舵角の変化量が大きくなる関係である請求項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】
前記転舵角計算手段の所定の関係は、
前記操作入力値の増大に伴って指数関数的に前記転舵角の変化量が増大する関係である請求項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４】
さらに、車速を検出する車速検出手段を備え、
前記転舵角計算手段の所定の関係は、
前記検出された車速の増大に伴って前記転舵角の変化量が小さくなる関係である請求項１ないし請求項３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。
【請求項５】
前記操舵反力付与手段は、さらに、
前記操舵ハンドルの回動操作に伴って発生する摩擦力を前記操舵ハンドルに反力として付与する請求項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６】
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７】
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を採用した操舵装置の開発は、積極的に行われるようになった。この種のステアリングバイワイヤ方式の操舵装置においては、操舵ハンドルと転舵輪との機械的な連結が外されており、操舵ハンドルに対して反力を付与するとともに同操舵ハンドルの回動操作に応じて転舵輪を転舵制御するようになっている。そして、例えば下記特許文献１には、反力ばねにより反力が付与される操舵ハンドルの回動操作に応じて、主操舵アクチュエータおよび副操舵アクチュエータを作動制御し、舵取り車輪（転舵輪）を転舵制御する車両用操舵装置が示されている。また、下記特許文献２には、操舵ハンドルを直進操舵位置に復帰させる弾力（反力）を付与する弾性部材を備えていて、この操舵ハンドルの回動操作に応じて、転舵用アクチュエータを作動させて、車輪（転舵輪）を転舵制御する車両の操舵装置が示されている。
【０００３】
しかしながら、上記従来の操舵装置においては、操舵ハンドルに対して、反力ばねや弾性部材（コイルばね）によって反力（反力トルク）が付与されるため、例えば、運転者が操舵ハンドルを大きく回動した場合には、付与される反力トルクが大きくなりすぎて、運転者に対して負担を強いる場合がある。一方、この負担を軽減するために、付与する反力トルクを小さくした場合には、特に、操舵ハンドルの中立位置近傍で、操舵ハンドルが容易に回動しやすくなり、その結果、転舵輪が不意に転舵して車両がふらつく（蛇行する）可能性がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１２６４７号公報
【特許文献２】特開２０００−５３００８号公報
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、上記した問題に対処するためになされたものであり、その目的は、運転者による操舵ハンドルの回動操作を容易とするとともに、中立位置近傍における操舵ハンドルの不意な回動を防止する車両の操舵装置を提供することにある。
【０００６】
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回動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、操舵ハンドルの回動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おいて、前記操舵ハンドルに対する運転者の回動操作に伴って弾性変形し、同弾性変形に基づく復元力を前記操舵ハンドルに反力として付与する操舵反力付与手段を備え、前記転舵制御装置を、前記操舵ハンドルに対する運転者の回動操作により入力された操作入力値を検出する操作入力値検出手段と、前記検出された操作入力値に対応した前記転舵輪の転舵角を前記操作入力値の増大に伴って前記転舵角の変化量が増大する所定の関係に基づ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。この場合、前記転舵角計算手段の所定の関係は、前記操作入力値が小さいときに前記転舵角の変化量が小さくなり、前記操作入力値が大きいときに前記転舵角の変化量が大きくなる関係であるとよい。また、前記転舵角計算手段の所定の関係は、前記操作入力値の増大に伴って指数関数的に前記転舵角の変化量が増大する関係であるとよい。また、この場合、前記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ことができる。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こともできる。
【０００７】
上記のように構成した本発明においては、まず、運転者よって操舵ハンドルが回動操作されると、操舵反力付与手段によって操舵ハンドルに反力が付与される。この付与される反力は、弾性変形に基づく復元力に等しく、運転者による回動操作が大きくなるに伴って、例えば、比例関数的に増大するものである。一方、運転者の回動操作により入力された操作入力値は操作入力値検出手段により検出され、転舵角計算手段は同検出された操作入力値に対応した転舵角を計算する。そして、転舵制御手段は、計算された転舵角となるように転舵輪を転舵する。
【０００８】
ここで、転舵角の計算においては、操作入力値の増大に伴って転舵角の変化量が増大する関係、より具体的には、操作入力値が小さいときに転舵角の変化量が小さくなり、操作入力値が大きいときに転舵角の変化量が大きくなる関係、または、操作入力値の増大に伴って指数関数的に転舵角の変化量が増大する関係に基づいて計算される。このため、計算される転舵角は、操作入力値の値が小さいとき、例えば、操舵ハンドルが中立位置近傍にあるときは小さな変化量で計算される。したがって、操作入力値が僅かに変化した場合であっても、この操作入力値の変化に基づいて計算される転舵角が小さいため、中立位置近傍にて操舵ハンドルが不意に回動しても、車両のふらつきを防止することができる。
【０００９】
また、計算される転舵角は、操作入力値の値が大きいとき、例えば、操舵ハンドルが中立位置近傍外にあるときは大きな変化量で計算される。このため、操舵ハンドルが中立位置近傍外で操作入力値が変化した場合には、この操作入力値の変化に基づいて計算される転舵角は大きくなる。ここで、運転者は、例えば視覚により、操舵ハンドルの回動操作に伴って旋回する車両の旋回状態を認識することができ、旋回に必要な操舵ハンドルの回動操作量を適宜調整する。これにより、操作入力値の変化に対する変化量の大きな転舵角が計算されれば、運転者の操舵ハンドルの回動操作量が小さくても、旋回に必要な転舵角を確保することができる。したがって、操舵ハンドルの回動操作範囲を小さくすることができ、その結果、操舵反力付与手段により、例えば、比例関数的に操舵ハンドルに付与される反力が極めて大きくなることを防止できる。
【００１０】
また、本発明の他の特徴は、ステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置が、さらに、車速を検出する車速検出手段を備えていて、前記転舵角計算手段の所定の関係が、前記検出された車速の増大に伴って前記転舵角の変化量が小さくなる関係であるとよい。これによれば、検出された車速に応じて計算される転舵角の大きさを変化させることができる。このため、例えば、中高速域においては運転者の操作入力値に対して小さな転舵角とすることにより、中高速域での走行に適した操舵安定性を確保することができ、運転者は良好な操舵感覚を得ることができる。一方、例えば、低速域においては運転者の操作入力値に対して大きな転舵角とすることにより、低速域で車両を容易に旋回させることができ、運転者は良好な操舵感覚を得ることができる。
【００１１】
また、本発明の他の特徴は、前記操舵反力付与手段は、さらに、前記操舵ハンドルの回動操作に伴って発生する摩擦力を前記操舵ハンドルに反力として付与することにもある。これによれば、操作入力値の値が小さいとき、例えば、操舵ハンドルが中立位置近傍にあるときの不意な操舵ハンドルの回動を防止するために、操舵ハンドルに対して所定の摩擦力を加えることができる。この場合、上述した復元力に加えて摩擦力が加えられると、運転者が操舵ハンドルを介して知覚する反力は増大する。しかしながら、上述したように、操作入力値の変化に対する変化量の大きな転舵角が計算されることにより、操舵ハンドルの回動操作範囲を小さくすることができ、その結果、操舵反力付与手段によって操舵ハンドルに付与される反力（詳しくは、復元力と摩擦力を合わせた反力）が極めて大きくなることを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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説明する。図１は、実施形態に係る車両の操舵装置を概略的に示している。
【００１３】
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の下端は操舵反力付与装置１３に接続されている。操舵反力付与装置１３は、図２に示すように、操舵入力軸１２に一端部が固着された連結部１３ａと、同連結部１３ａの他端部と車体とを連結する２本の巻きバネ１３ｂから構成されている。
【００１４】
このように構成された操舵反力付与装置１３においては、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作が操舵入力軸１２の回転により連結部１３ａに伝達される。そして、操舵反力付与装置１３は、連結部１３ａの回動に従って巻きばね１３ｂが伸縮することにより、図３に示すように、操舵ハンドル１１の回転角（操舵角θ）に比例した反力トルクTzを付与する。これにより、運転者は、反力トルクTzを感じながら、すなわち反力トルクTzに等しい操舵トルクを付与しながら、操舵ハンドル１１を回動操作する。
【００１５】
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。
【００１６】
次に、運転者の操舵ハンドル１１の回動操作に基づいて転舵アクチュエータ２１の作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、車速センサ３３および横加速度センサ３４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。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。なお、実横加速度Gも、右方向の加速度を正の値で表し、左方向の加速度を負の値で表す。
【００１７】
これらのセンサ３１〜３４は、電子制御ユニット３５に接続されている。電子制御ユニット３５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転舵アクチュエータ２１の作動を制御する。電子制御ユニット３５の出力側には、転舵アクチュエータ２１を駆動するための駆動回路３６が接続されている。駆動回路３６内には、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３６ａが設けられている。電流検出器３６ａによって検出された駆動電流は、電動モータの駆動を制御するために、電子制御ユニット３５にフィードバック制御されている。
【００１８】
次に、上記のように構成した実施形態の転舵制御に関し、電子制御ユニット３５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４の機能ブロック図を用いて説明する。電子制御ユニット３５は、運転者の操舵ハンドル１１の回動操作に基づいて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δdを決定するための転舵角計算部４１と、目標転舵角δdを補正目標転舵角δdaに補正する転舵角補正部４２と、補正目標転舵角δdaに基づいて転舵アクチュエータ２１を駆動制御する駆動制御部４３とからなる。
【００１９】
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を転舵角計算部４１に出力する。転舵角計算部４１は、出力された操舵角θが正の値すなわち操舵ハンドル１１が右方向に回動されていれば操舵角θの指数関数で表される下記式１を用いて目標転舵角δdを計算する。また、転舵角計算部４１は、操舵角θが負の値すなわち操舵ハンドル１１が左方向に回動されていれば操舵角θの指数関数で表される下記式２を用いて目標転舵角δdを計算する。
δd＝a・(exp(θ)−1)    (θ≧０)  …式１
δd＝−a・(exp(−θ)−1)    (θ＜０)  …式２
【００２０】
ただし、前記式１および式２中のaは、車速Vに依存して変化する変数であり、図５に示すように、車速Vが大きくなるに伴ってその値は小さくなり、車速Vが小さくなるに伴ってその値は大きくなる特性を有している。これにより、前記式１，２に従って計算される目標転舵角δdは、車速Vが大きくなるに伴って、検出操舵角θに対して小さくなる。その結果、中高速域における操舵安定性が好適に確保されるため、運転者は良好な操舵感覚を得ることができる。一方、前記式１，２に従って計算される目標転舵角δdは、車速Vが小さくなるに伴って、検出操舵角θに対して大きくなる。その結果、低速域において車両を容易に旋回させることができるため、運転者は良好な操舵感覚を得ることができる。ここで、目標転舵角δdの計算においては、上述した指数関数によって計算することに限定されるものではない。すなわち、操舵角θがある程度小さい範囲で変化するとき、言い換えれば操舵ハンドル１１が中立位置近傍で回動されるときには計算される目標転舵角δdの変化量が小さくなり、操舵角θがある程度大きい範囲で変化するとき、言い換えれば操舵ハンドル１１が中立位置近傍外で回動されるときには計算される目標転舵角δdの変化量が大きくなる関数を採用することができる。なお、前記式１，２の演算に代えて操舵角θに対する目標転舵角δd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、目標転舵角δdを計算するようにしてもよい。
【００２１】
このように、前記式１または前記式２に従って操舵角θに対する目標転舵角δdが計算されることにより、大きな操舵角θまで操舵ハンドル１１を回動した場合であっても、操舵角θに比例して付与される反力トルクTzが極めて大きくなることを防止できる。これを以下に詳細に説明する。
【００２２】
運転者が車両を旋回させるために操舵ハンドル１１を回動すると、操舵反力付与装置１３によって操舵角θの大きさに比例した反力トルクTzが操舵ハンドル１１に付与される。一方で、操舵ハンドル１１が回動されると、操舵角センサ３１によって検出された操舵角θが転舵角計算部４１に供給され、同演算部４１は前記式１または前記式２に従って操舵角θの増大に伴って指数関数的に大きくなる目標転舵角δdを計算する。ここで、運転者は、例えば視覚により、操舵ハンドル１１の回動操作に伴って旋回する車両の旋回状態を認識することができ、操舵ハンドル１１の回動操作量を適宜調整して車両の旋回に必要な操舵角θ（すなわち前記式１または式２に従って計算される左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δd）を決定する。このとき、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δdは操舵角θの増大に対して指数関数的に大きくなるように計算されるため、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）が小さくても、旋回に必要な左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δdを確保することができる。したがって、操舵ハンドル１１の回動操作範囲を小さくすることができ、その結果、操舵ハンドル１１の操舵角θに比例して操舵反力付与装置１３から付与される反力トルクTzが極めて大きくなることを防止できる。
【００２３】
また、目標転舵角δdは、前記式１，２に従って、操舵角θの増大に対して指数関数的に大きくなるように計算される。言い換えれば、操舵角θが小さいときには、計算される目標転舵角δdも小さくなる。このため、操舵ハンドル１１が中立位置近傍（すなわち、操舵角θが「０」近傍の値）にて若干量だけ回動されても、そのときの検出操舵角θは小さいため、計算される目標転舵角δdも小さい。したがって、中立位置近傍にて操舵ハンドル１１が不意に回動しても、同回動による車両のふらつきを防止することができる。
【００２４】
さらに、上述のように、操舵角θと目標転舵角δdとの関係（すなわち指数関係）が成立する場合には、操舵角θに対して反力トルクTzが比例する関係に基づき、目標転舵角δdと反力トルクTzの関係を図７に示すように表すことができる。すなわち、目標転舵角δdが略「０」（左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が中立位置近傍）における反力トルクTzの変化量は大きく、目標転舵角δdが大きく（中立位置から転舵量が大きく）なるに従って反力トルクTzの変化量は徐々に小さくなる関係となる。これにより、運転者は、車両を直進状態から旋回させる、すなわち目標転舵角δdが大きくなるように操舵ハンドル１１を回動するときには、より大きな反力トルクTzに等しい操舵トルクを操舵ハンドル１１に付与するようになる。言い換えれば、操舵ハンドル１１が中立位置から小さな操舵トルクによって安易に回動しないことを表しており、したがって、これによっても、中立位置近傍にて操舵ハンドル１１の不意な回動が防止されて、車両のふらつきを防止できる。
【００２５】
ふたたび、図４に戻り、上記のように転舵角計算部４１により計算された目標転舵角δdは、転舵角補正部４２に供給される。転舵角補正部４２は、転舵角計算部４１から目標転舵角δdを入力するとともに、車速センサ３３によって検出された車速Vおよび横加速度センサ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３の演算を実行して入力した目標転舵角δdを補正し、補正目標転舵角δdaを計算する。
δda＝δd＋K・(Gd−G)  …式３
ただし、前記式３中の係数Kは予め決められた定数であり、Gd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を変化させたときに発生する横加速度を実測して収集したデータの集合である。また、係数Kおよび横加速度Gdは転舵角計算部４１から供給される目標転舵角δdが正であればそれぞれ正の値とされるとともに、供給される目標転舵角δdが負であればそれぞれ前記正の係数Kおよび横加速度Gdと同じ絶対値を有する負の値とされる。これにより、車速Vで走行している車両が目標転舵角δdで旋回するときに発生する実横加速度Gが横加速度Gdに対して小さい場合には、補正目標転舵角δdaが大きくなる側に補正される。また、車速Vで走行している車両が目標転舵角δdで旋回するときに発生する実横加速度Gが横加速度Gdに対して大きい場合には、補正目標転舵角δdaが小さくなる側に補正される。この補正により、運転者が操舵ハンドル１１に入力した操舵角θに対する目標転舵角δdをより精度よく確保することができ、その結果、操舵角θにおける車両の旋回状態を精度よく確保することができる。
【００２６】
この計算された補正目標転舵角δdaは、駆動制御部４３に供給される。駆動制御部４３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４３は、駆動回路３６から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も入力し、同電動モータに転舵トルクに対応した大きさの駆動電流が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内に伝達され、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が軸線方向に変位することにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は補正目標転舵角δdaに転舵される。
【００２７】
上記作動説明から理解できるように、上記実施形態によれば、操舵ハンドル１１の操舵角θに対して指数関数的に変化する目標転舵角δdが前記式１，２に従って計算される。また、この目標転舵角δdは、検出された車速Vを考慮して計算されるため、同車速Vに対応した最適な目標転舵角δdを計算することができ、車両の旋回に際して、運転者は好適な操舵感覚を得ることができる。また、操舵角θに対して指数関数的に変化する目標転舵角δdを計算することにより、操舵ハンドル１１の操舵角θの増大に対して、操舵ハンドル１１に付与される反力トルクTzの過度な増大が防止される。このため、運転者は、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵可能な範囲内で転舵させるために、操舵ハンドル１１を回動操作するときには、肉体的な負担が軽減され容易に回動操作することができる。また、操舵角θに対して指数関数的に変化する目標転舵角δdを計算することにより、操舵ハンドル１１が中立位置近傍（すなわち、操舵角θが「０」近傍の値）にて若干量だけ回動されても、そのときの検出操舵角θは小さいため、計算される目標転舵角δdも小さくできる。このため、中立位置近傍にて操舵ハンドル１１が不意に回動しても、同回動による車両のふらつきを防止することができる。したがって、操舵ハンドル１１に反力トルクTzを適切に付与するための高価で複雑な装置を設けることなく、簡易な構成で反力トルクTzの適切な付与および車両のふらつき（蛇行）防止を両立させることができる。
【００２８】
上記実施形態においては、操舵反力付与装置１３を単に２本一対の巻きばね１３ｂを用いて構成とし、巻きばね１３ｂが操舵ハンドル１１に反力トルクTzを付与するように実施した。これに対して、例えば、操舵ハンドル１１と他部材（ステアリングコラムなど）との間に摩擦を生じさせ、巻きばね１３ｂとこの摩擦によって操舵ハンドル１１に反力トルクTzが付与される場合がある。以下、この第１変形例を説明するが、本変形例においては、操舵ハンドル１１と他部材間で摩擦を生じさせること以外上記実施形態と同様の構成であるため、その構成に関する説明は省略する。
【００２９】
操舵ハンドル１１と他部材間で摩擦が生じる場合には、操舵角θに対する反力トルクTzは、上記実施形態の比例関係と異なり、例えば、図８に示すように、操舵角θに対する所定の関数ｆ(θ)で表される。ここで、この所定の関数ｆ(θ)は、例えば、巻きばね１３ｂの弾性変形による弾性力を計算する項に操舵ハンドル１１と他部材との間に生じる摩擦力を計算する項が付加された関数を採用することができる。そして、このように所定の関数ｆ(θ)に従って反力トルクTzが計算される場合には、目標転舵角δdは下記式４，５に従って計算される。
δd＝a・(exp(ｆ(θ))−1)    (θ≧０)  …式４
δd＝−a・(exp(−ｆ(θ))−1)    (θ＜０)  …式５
ただし、前記式４，５中のaは、上記実施形態の式１，２と同様に、車速Vに依存して変化する変数であり、図５に示すように、車速Vが大きくなるに伴ってその値は小さくなり、車速Vが小さくなるに伴ってその値は大きくなる特性を有している。
【００３０】
この変形例においては、運転者が車両を旋回させるために操舵ハンドル１１を回動すると、操舵角θに対して所定の関数ｆ(θ)で表される反力トルクTzが操舵ハンドル１１に付与される。一方で、操舵ハンドル１１が回動されると、操舵角センサ３１によって検出された操舵角θが転舵角計算部４１に供給され、同演算部４１は前記式４または前記式５に従って操舵角θの増大（すなわち所定の関数ｆ(θ)の増大）に伴って指数関数的に大きくなる目標転舵角δdを計算する。ここで、運転者は、例えば視覚により、操舵ハンドル１１の回動操作に伴って旋回する車両の旋回状態を認識することができ、操舵ハンドル１１の操舵角θを適宜調整して前記式４または式５に従って計算される左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δdを決定する。このとき、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δdは操舵角θの増大に対して指数関数的に大きくなるように計算されるため、運転者の操舵ハンドル１１の操舵角θが小さくても、旋回に必要な左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δdを確保することができる。したがって、操舵ハンドル１１の回動操作範囲を小さくすることができ、その結果、操舵反力付与装置１３から付与される、所定の関数ｆ(θ)で表される反力トルクTzが極めて大きくなることを防止できる。
【００３１】
また、目標転舵角δdは、前記式４，５に従って、操舵角θの増大（すなわち所定の関数ｆ(θ)の増大）に対して指数関数的に大きくなるように計算される。言い換えれば、操舵角θが小さいときには、計算される目標転舵角δdも小さくなる。このため、操舵ハンドル１１が中立位置近傍（すなわち、操舵角θが「０」近傍の値）にて若干量だけ回動されても、そのときの検出操舵角θは小さいため、計算される目標転舵角δdも小さい。したがって、中立位置近傍にて操舵ハンドル１１が不意に回動しても、同回動による車両のふらつきを防止することができる。
【００３２】
また、上述のように、操舵角θと目標転舵角δdの関係（すなわち指数関係）が成立する場合には、反力トルクTzが所定の関数ｆ(θ)で表されることに基づき、目標転舵角δdを下記式６，７のように示すこともできる。
δd＝a・(exp(ｆ−１(θ))−1)    (θ≧０)  …式６
δd＝−a・(exp(−ｆ−１(θ))−1)    (θ＜０)  …式７
ただし、前記式４，５中のaは、上記実施形態の式１，２と同様に、車速Vに依存して変化する変数であり、図５に示すように、車速Vが大きくなるに伴ってその値は小さくなり、車速Vが小さくなるに伴ってその値は大きくなる特性を有している。
【００３３】
前記式６，７に従えば、目標転舵角δdが略「０」（左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が中立位置近傍）における所定の関数ｆ(θ)の値すなわち反力トルクTzは大きく、目標転舵角δdが大きく（中立位置から転舵量が大きく）なるに従って所定の関数ｆ(θ)の値すなわち反力トルクTzは小さくなる関係となる。これにより、運転者は、車両を直進状態から旋回させる、すなわち目標転舵角δdが大きくなるように操舵ハンドル１１を回動するときには、より大きな反力トルクTzに等しい操舵トルクを操舵ハンドル１１に付与するようになる。言い換えれば、操舵ハンドル１１が中立位置から小さな操舵トルクによって安易に回動しないことを表しており、したがって、これによっても、中立位置近傍にて操舵ハンドル１１の不意な回動が防止されて車両のふらつきを防止できる。
【００３４】
そして、計算された目標転舵角δdは、上述した実施形態と同様に、転舵角補正部４２により補正目標転舵角δdaに補正され、駆動制御部４３によって左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を補正目標転舵角δdaに転舵するように転舵アクチュエータ２１内の電動モータの回転がフィードバック制御される。これにより、運転者は、車両を目標転舵角δd（補正目標転舵角δd）で旋回させることができる。
【００３５】
上記作動説明から理解できるように、上記実施形態の変形例によっても、操舵ハンドル１１の操舵角θ（すなわち所定の関数ｆ(θ)）に対して指数関数的に変化する目標転舵角δdが前記式４，５に従って計算される。また、この目標転舵角δdは、検出された車速Vを考慮して計算されるため、同車速Vに対応した最適な目標転舵角δdを計算することができ、車両の旋回に際して、運転者は好適な操舵感覚を得ることができる。また、操舵角θ（すなわち所定の関数ｆ(θ)）に対して指数関数的に変化する目標転舵角δdを計算することにより、操舵ハンドル１１の操舵角θの増大に対して、操舵ハンドル１１に付与される反力トルクTzの過度な増大が防止される。このため、運転者は、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵可能な範囲内で転舵させるために、操舵ハンドル１１を回動操作するときには、肉体的な負担が軽減され容易に回動操作することができる。また、操舵角θ（すなわち所定の関数ｆ(θ)）に対して指数関数的に変化する目標転舵角δdを計算することにより、操舵ハンドル１１が中立位置近傍（すなわち、操舵角θが「０」近傍の値）にて若干量だけ回動されても、そのときの検出操舵角θは小さいため、計算される目標転舵角δdも小さくできる。このため、中立位置近傍にて操舵ハンドル１１が不意に回動しても、同回動による車両のふらつきを防止することができる。
【００３６】
ここで、上記実施形態の変形例においては、所定の関数ｆ(θ)すなわち所定の関数ｆ(θ)で表される反力トルクTzに基づいて、目標転舵角δdを計算するように実施した。このため、例えば、上記変形例における操舵角センサ３１に代えて、図１に破線で示すように、操舵ハンドル１１に付与される操作入力値としての操舵トルクTを検出する操舵トルクセンサ３７を操舵入力軸１２に組み付けて実施することも可能である。この場合には、前記式４〜７中の所定の関数ｆ(θ)の値を操舵トルクセンサ３７によって検出された操舵トルクTの値とすることにより、目標転舵角δdを計算することができる。したがって、上記変形例と同様の効果が期待できる。
【００３７】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記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。
【００３８】
例えば、上記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、図９に示すように、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１１’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。
【００３９】
さらに、上記実施形態およ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２１を用いてラックバー２３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】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に係る車両の操舵装置の概略図である。
【図２】図１の操舵反力付与装置の構成を概略的に示す斜視図である。
【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】図１の電子制御ユニットにて実行される転舵制御の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５】車速と目標転舵角の計算に用いられる変数aの関係を示すグラフである。
【図６】操舵角と目標転舵角の関係を示すグラフである。
【図７】目標転舵角と反力トルクの関係を示すグラフである。
【図８】本発明の変形例に係り、操舵角と反力トルクの関係を示すグラフである。
【図９】本発明の変形例に係り、操作部としてのジョイスティックタイプの操舵ハンドルの構成を概略的に示した斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
ＦＷ１，ＦＷ２…左右前輪、１１，１１’…操舵ハンドル、１２…操舵入力軸、１３…操舵反力付与装置、１３ａ…連結部、１３ｂ…巻きばね、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…電子制御ユニット、３６…駆動回路、３７…操舵トルクセンサ、４１…転舵角計算部、４２…転舵角補正部、４３…駆動制御部
【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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