(57)【要約】【課題】より精度良く車両を制御できる操舵装置を提供する。【解決手段】操作素子１１と転舵輪２１とが機械的に分離されて、転舵輪２１を転舵する駆動手段１９と、車両の挙動度合いを検知する検知手段と、操作素子１１の操舵角と車両の進行方位角とが一致するように駆動手段の動作を制御する制御手段２２を備える操舵装置１０において、転舵輪２１の転舵量に応じて運転者の操作素子１１に対して反力を与える反力発生部１４，３３，３４を設けた。【選択図】  図２
2004217114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作素子と転舵輪とが機械的に分離されて、前記転舵輪を転舵する駆動手段と、車両の挙動度合いを検知する検知手段と、前記操作素子の操舵角と車両の進行方位角とが一致するように前記駆動手段の動作を制御する制御手段を備える操舵装置において、
前記転舵輪の転舵量に応じて運転者の操作素子に対して反力を与える反力発生手段を設けたことを特徴とする操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵装置に関し、特に、ハンドル等の操作素子の方位指示角で車両の進行方位角を制御するようにしたステアバイワイヤ式の操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハンドル等の操作素子の操舵角、すなわち方位指示角で車両の進行方位角を制御するようにした操舵装置については特許文献１に記載の装置が知られている。そして、さらにハンドルの操作に対して車両の向きをより追従性よく、かつ、安定に制御する操舵装置として、特許文献２に記載の装置が知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特公平６−８６２２２号公報
【特許文献２】
特開平６−９２２５０号公報
【０００４】
特許文献１に記載の操舵装置は、操向車輪をアクチュエータが転舵する動力舵取手段を有する操舵装置において、運転者の操作により所定の絶対方位を基準とする車両の進行方位角を指示する操向指示手段と、所定の絶対方位を基準とする車両進行方位角を検出する進行方向検知手段と、操向指示手段および進行方向検知手段の出力信号に基づき操向指示手段に指示された進行方位角と進行方向検知手段により検出された車両進行方位角との偏差がゼロになるように動力舵取手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００５】
特許文献２に記載の操舵装置は、車両の基準方向に対する進行方向変化量を指示する操向指示手段と、車両の進行方向変化量を検出する進行方向検知手段と、操向指示手段から入力された進行方向変化量と進行方向検知手段で検出された車両の進行方向変化量との方位角偏差がゼロになるよう操舵機構を制御する制御手段を備えた操舵装置において、制御手段は、方位角偏差に基づいて舵角に係る信号を出力する舵角指定手段を備えるとともに、この舵角指定手段は車速の増加に伴い出力する舵角を減少するよう構成したことを特徴としている。
【０００６】
上記特許文献１および特許文献２に記載された従来の技術は、運転者の操舵角（方位指示角）に対し、所定の絶対方位を基準とする車両の進行方位角もしくは所定の絶対方位に対する進行方向との偏差がゼロになるように舵取手段を制御するものである。
【０００７】
図１２は、従来の操舵装置における制御装置のブロック構成図である。制御装置１００は、偏差演算部１０１と方位角入力部（操作素子）１０２と方位指示角検出部１０３と電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０４と舵角発生部（舵角発生モータ）１０５と車両１０６とヨーレート検出部１０７と積分要素１０８と前方注視点検出部１０９と車速検出部１１０と積分要素１１１と加算演算部１１２からなる。また、電子制御ユニット１０４は、実舵角ゲイン部１１３と、実舵角駆動部１１４とを備えている。
【０００８】
偏差演算部１０１は、運転者により設定した目標コースと、運転者により見た前方注視点（前方注視点検出部１０９）と車両の位置を加算した情報との偏差を求め、偏差を出力する。すなわち、運転者により方位角入力をどのくらいにするか決定する。
【０００９】
方位角入力部１０２は、ハンドル等の操作素子であり、偏差演算部１０１から出力される偏差に基づいて運転者によりその操作素子を操作することにより目標方位角を入力するものである。例えば、操作素子がハンドルの場合には、運転者によってハンドルを回転させることにより、その回転させた角度により目標方位角を入力する。方位指示角検出部１０３は、方位角入力部１０２から運転者により入力された目標方位角を検出し、ハンドル操舵角θを電子制御ユニット１０４の実舵角ゲイン部１１３に入力する。
【００１０】
電子制御ユニット１０４は、方位指示角検出部１０３から入力されたハンドル操舵角θに基づいて舵角発生部駆動信号を出力し、舵角発生部（舵角発生モータ）１０５を駆動する。
【００１１】
舵角発生モータ１０５はギア機構等を備え、直流モータに供給するモータ電流の極性と電流値に基づいて車両の操舵角を制御する構成の場合、実舵角モータ駆動部１１４は、操舵目標値δに対応して予め設定した極性で予め設定したモータ電流を供給する。舵角発生モータ１０５がパルスモータ等を用いて構成されている場合、実舵角モータ駆動部１１４は、正転または逆転パルスを必要数供給するよう構成する。
【００１２】
車両１０６は、舵角発生部１０５により実舵角δで進行方位を変化させ、その変化によって車両にはヨーレートγが発生し、ヨーレート検出部１０７によって検出される。積分要素１０８は、ヨーレート検出部１０７から出力されたヨーレートγを積分し車両方位角ψを出力する。前方注視点検出部１０９は、積分要素１０８から出力された車両方位角ψによって運転者により前方に見える点である前方注視点を検出し（前方注視点検出部１０９）、その前方注視点の位置の情報を加算演算部１１２に出力する。これは、運転者の眼によって行われる。車速検出部１１０は、車両１０６の車速を検出し、積分要素１１１に出力する。積分要素１１１は、入力された車速Ｖを積分し車両位置の情報として出力する。加算演算部１１２は、前方注視点検出部１０９から出力される前方注視点に関する情報と積分要素１１１から出力される車両位置の情報を加算し、車両の現在のコースについての情報を出力する。
【００１３】
この制御装置１００により運転者が目標コースと実際のコースとの偏差により車両のコースずれを予測して方位角入力部１０２から目標方位角を入力することにより、舵角発生モータ１０５が作動し、実舵角が車両１０６に与えられて車両１０６の進行方向が変化し、その変化に対応するヨーレートが生ずる。そして、車両１０６の進行方向の変化を積分項１０８で積分した形で、車両の方位角が制御される。
【００１４】
実舵角演算部（実舵角ゲイン）１１３は、ハンドル操舵角θに係る信号１０３ｓに基づいて、舵角δに係る信号１１３ｓを出力する。この実舵角演算部１１３は、例えばＲＯＭ等を用い、ハンドル操舵角θに対応して予め設定した舵角δを格納した変換テーブルで構成している。なお、この実舵角演算部１１３は、予め登録した関数式等に基づいて舵角δを演算して出力する構成としてもよい。
【００１５】
実舵角駆動部１１４は、実舵角演算部１１３から出力される操舵目標値δに係る信号１１３ｓに基づいて、舵角発生モータ１０５を駆動する操舵駆動信号１１４ｓを出力するよう構成している。
【００１６】
図１３は、特許文献１と特許文献２に記載された従来の操舵装置における制御装置のブロック構成図である。制御装置２００は、偏差演算部２０１と方位角入力部（操作素子）２０２と方位指示角検出部２０３と反力発生モータ（操舵反力発生アクチュエータ）２０４と電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０５と舵角発生モータ（舵角発生部）２０６と車両２０７とヨーレート検出部２０７ａと積分要素２０８と進行方向検出部２０９と前方注視点検出部２１０と車速検出部２１１と積分要素２１２からなる。また、電子制御ユニット２０５は、方位指示角対応部（方位指示角ゲイン）２１４と、偏差演算部２１５と実舵角演算部（実舵角指定部２１６と実舵角制御部２１７から構成される）と実舵角モータ駆動部（実舵角駆動部）２１８と車両進行方位角演算部（方位角ゲイン部２２０と方位角演算部２１９）と、反力演算部（操舵反力設定部）２２１と、反力モータ駆動部（操舵反力アクチュエータ駆動部）２２２とからなる。さらに、車両２０７には、車速検出部２１１を備えている。
【００１７】
偏差演算部２０１は、運転者により設定した目標コースと、運転者により見た前方注視点（前方注視点検出部２１０）と車両の位置を加算した情報との偏差を求め、偏差を出力する。すなわち、運転者により方位角入力をどのくらいにするか決定する。
【００１８】
方位角入力部２０２は、ハンドル等の操作素子であり、運転者によりその操作素子を操作することにより目標方位角を入力するものである。例えば、操作素子がハンドルの場合には、運転者によってハンドルを回転させることにより、その回転させた角度により目標方位角を入力する。方位指示角検出部２０３は、方位角入力部２０２から運転者により入力された目標方位角を検出し、ハンドル操舵角θを電子制御ユニット２０５の方位指示角対応部（方位指示角ゲイン）２１４に入力する。反力発生モータ２０４は、電子制御ユニット２０５により制御され、方位角入力部２０２に反力を与えるものである。
【００１９】
電子制御ユニット２０５は、方位指示角検出部２０３から入力されたハンドル操舵角と車両２０７の車速検出部２１１から入力される車速信号と車両２０７の進行方向検出部２０９から入力される進行方向（ヨー角）に基づいて舵角発生モータ駆動信号を出力し、舵角発生モータ２０６を駆動する。また、電子制御ユニット２０５は、ハンドル操舵角と車速信号に基づいて、反力発生モータ２０４を駆動する反力発生モータ駆動信号を出力する。
【００２０】
この制御装置により運転者が方位角入力部２０２から目標方位角を入力することにより、舵角発生モータ２０６が作動し、実舵角が車両２０７に与えられて車両２０７の進行方向が変化し、その変化に対応するヨーレートが生ずる。そして、車両２０７の進行方向の変化を積分項２０８で積分した形で、車両の方位角が制御される。
【００２１】
電子制御ユニット２０５の方位指示角対応部２１４は、方位指示角検出部２０３で検出したハンドル操舵角θに係る信号２０３ｓに基づいて方位角目標値Ｋ・θに係る信号２１４ｓを出力するもので、ハンドル操舵角θと方位角目標値Ｋ・θとの比率Ｋを任意に設定できるよう構成している。
【００２２】
比率Ｋを１．０に設定した場合、ハンドル操舵角θと方位角目標値Ｋ・θは等しくなる。すなわち、方位角入力部（ハンドル）２０２を１８０度回転させた場合、現在の車両の進行方位が北向きであれば方位角目標値Ｋ・θは南向きへ変更される。比率Ｋを０．５に設定した場合、方位角入力部（ハンドル）２０２を右方向へ１８０度回転させると、方位角目標値Ｋ・θは車両の進行方向に対して右方向へ９０度（例えば進行方向北向きから東向きに）変化する。
【００２３】
車両進行方位角演算部（方位角演算部２１９と方位角ゲイン部２２０から構成される）は、進行方向検出部２０９から出力されるヨーレートγに係る信号２０９ｓを積分する手段を備え、ヨーレイトγに係る信号２０９ｓに基づいて得られた車両の現在の進行方位Ｋｎ・ψに係る信号２２０ｓを出力する。
【００２４】
偏差演算部２１５は、方位指示角対応部２１４から出力される方位角目標値ｋ・θに係る信号２１４ｓと、車両進行方位角演算部（方位角演算部２１９と方位角ゲイン部２２０から構成される）から出力される車両の現在の進行方位Ｋｎ・ψに係る信号２２０ｓとの方位角偏差Ｅを求め、方位角偏差Ｅ（Ｅ＝Ｋ・θ−Ｋｎ・ψ）に係る信号２１５ｓを実舵角演算部（実舵角指定部２１６と実舵角制御部２１７から構成される）へ供給する。
【００２５】
実舵角演算部（実舵角指定部２１６と実舵角制御部２１７から構成される）は、方位角偏差Ｅに係る信号２１５ｓと、車速検出部２１１で検出した車速Ｖに係る信号２１１ｓとに基づいて、舵角δに係る信号２１７ｓを出力する。この実舵角演算部は、例えばＲＯＭ等を用い、各方位角偏差Ｅと各車速Ｖとに対応して予め設定した舵角δを格納した変換テーブルで構成している。なお、この実舵角演算部は、予め登録した関数式等に基づいて舵角δを演算して出力する構成としてもよい。
【００２６】
実舵角モータ駆動部２１８は、実舵角演算部（実舵角制御部２１７）から出力される操舵目標値δに係る信号２１７ｓに基づいて、舵角発生モータ２０６を駆動する操舵駆動信号２１８ｓを出力するよう構成している。舵角発生モータ２０６はギア機構等を備え、直流モータに供給するモータ電流の極性と電流値に基づいて車両の操舵角を制御する構成の場合、実舵角モータ駆動部２１８は、操舵目標値δに対応して予め設定した極性で予め設定したモータ電流を供給する。舵角発生モータ２０６がパルスモータ等を用いて構成されている場合、実舵角モータ駆動部２１８は、正転または逆転パルスを必要数供給するよう構成する。
【００２７】
反力演算部（操舵反力設定部）２２１は、方位角偏差Ｅに係る信号２１５ｓと車速Ｖに係る信号２１１ｓとに基づいて、反力トルク目標値Ｔに係る信号２２１ｓを出力する。この反力演算部２２１は、例えばＲＯＭ等を用い、各方位角偏差Ｅと各車速Ｖとに対応して予め設定した反力トルク目標値Ｔを格納した変換テーブルで構成している。なお、この反力演算部２２１は、予め登録した関数式等に基づいて反力トルク目標値Ｔを演算して出力する構成としてもよい。
【００２８】
反力モータ駆動部（操舵反力アクチュエータ駆動部）２２２は、反力演算部２２１から出力される反力トルク目標値Ｔに基づいて反力発生モータを駆動する反力発生モータ駆動信号を出力する。
【００２９】
車両２０７と積分要素２０８と前方注視点検出部２１０と車速検出部２１１と積分要素２１２と加算演算部２１３は、図１２で示した車両１０６と積分要素１０８と前方注視点検出部１０９と車速検出部１１０と積分要素１１１と加算演算部１１２と同様であるので説明を省略する。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
従来操舵系では、実舵角とハンドル角は比例関係にあり、運転者は、ハンドル角で車両の運動そのものを経時的に制御している。ところが、前述した特許文献１と特許文献２に記載された従来の発明（方位ハンドル）では、ハンドル角は制御の最終的な目標値を指示するものであるため、運転者がハンドル角で車両の運動を直接制御できるような手段、例えば、定められた道路形状に沿ってより精度良く車両を制御できる手段が提供されることが望まれる。
【００３１】
本発明の目的は、上記要望を満たすため、より精度良く車両を制御できる操舵装置を提供することにある。
【００３２】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る操舵装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００３３】
第１の操舵装置（請求項１に対応）は、操作素子と転舵輪とが機械的に分離されて、転舵輪を転舵する駆動手段と、車両の挙動度合いを検知する検知手段と、操作素子の操舵角と車両の進行方位角とが一致するように駆動手段の動作を制御する制御手段を備える操舵装置において、転舵輪の転舵量に応じて運転者の操作素子に対して反力を与える反力発生手段を設けたことで特徴づけられる。
【００３４】
第１の操舵装置によれば、操作素子と転舵輪とが機械的に分離されて、転舵輪を転舵する駆動手段と、車両の挙動度合いを検知する検知手段と、操作素子の操舵角と車両の進行方位角とが一致するように駆動手段の動作を制御する制御手段を備える操舵装置において、転舵輪の転舵量に応じて運転者の操作素子に対して反力を与える反力発生手段を設けたため、操舵反力と実舵角を比例するようにした場合、運転者は操舵トルクを手がかりに旋回半径を決めることができる。また、操舵反力が実舵角と車速の積に比例するようにした場合、操舵トルクはヨーレートに比例することになるので、運転者は操舵トルクを目安にヨーレートを決めることができる。さらに、操舵反力が実舵角と車速の二乗との積に比例するようにした場合、横加速度とトルクが比例することになり、横加速度を操舵トルクでモニタしながら車両を操縦することができる。このように運転者は希望する運動を実現するように操舵力を調整しながら、車両が目標方位に到達するまで方位指示角（ハンドル角）を増やし続けることにより、車両を目標方位に到達させることができる。すなわち、運転者は操舵反力を手がかりに方位を指示することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００３６】
図１は、本発明の実施形態に係る操舵装置の模式構造図である。操舵装置１０は、方位角入力部（操作素子（ハンドル））１１に連結された操舵軸１２に介設された方位指示角検出部１３ならびに反力発生モータ１４とトルクセンサ１５と、車速検出部１６と、進行方向検出部１７、車両運動状態検出部１８と舵角発生モータ１９と舵角検出部２０と、タイヤ２１と電子制御ユニット（ＥＣＵ）２２とからなる。操舵軸１２は、図示しない車体等に回転自在に指示している。
【００３７】
方位角入力部（操作素子）１１は、ハンドル等の操作素子であり、運転者によりその操作素子を操作することにより目標方位角を入力するものである。例えば、操作素子がハンドルの場合には、運転者によってハンドルを回転させることにより、その回転させた角度により目標方位角を入力する。
【００３８】
方位指示角検出部１３は、方位角入力部（操作素子）１１から運転者により入力された目標方位角を検出し、ハンドル操舵角θを電子制御ユニット（ＥＣＵ）２２に入力する。すなわち、ロータリエンコーダ等を用いて、操舵軸１２の回転を検出することで、方位角入力部１１の所定位置からの目標方位角に係る信号１１ｓをＥＣＵ２２へ供給するよう構成している。なお、方位指示角θは、前述の所定位置を例えば北等の絶対方位、もしくは、現在の車両の進行方位等として、この方位を基準とする方位角度を表す。
【００３９】
反力発生モータ１４は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２２により制御され、方位角入力部１１に反力を与えるもので、反力発生モータ１４には、図示しないギア機構等が備えられ、ＥＣＵ２２から供給されるモータ電流１４ａの大きさに応じた操舵反力を与えるよう構成している。
【００４０】
トルクセンサ１５は、操作素子１１から入力される操舵トルクを検出し、操舵トルク信号をＥＣＵ２２に出力する。
【００４１】
車速検出部１６は、車速Ｖに係る信号１６ｓをＥＣＵ２２へ供給している。進行方向検出部１７はヨーレイトジャイロやナビゲーションシステム等を用いて構成し、進行方向に係る信号１７ｓをＥＣＵ２２へ入力している。
【００４２】
車両運動状態検出部１８は、ヨーレイトや横加速度、車速等の車両運動状態に関する信号をＥＣＵ２２へ入力するものである。
【００４３】
舵角発生モータ１９は、ＥＣＵ２２から出力される操舵駆動信号３２ｓに基づいて操舵輪（タイヤ）２１を操舵するよう構成している。
【００４４】
舵角検出部２０は、実舵角を検出し、実舵角に係る信号をＥＣＵ２２に出力するものである。
【００４５】
そして、ＥＣＵ２２は、操舵角θに係る信号１３ｓと、ヨーレイトγに係る信号、ならびに、車速Ｖに係る信号と車両運動状態に係る信号を入力として、モータ電流の極性ならびに電流値を制御して操作素子（ハンドル）１１に操舵反力を与えるとともに、図に示すように、方位指示角θに対応して車両の方位角ψを制御するよう構成している。
【００４６】
図２は、本実施形態の操舵装置における制御装置のブロック構成図である。操舵装置１０は、偏差演算部９と方位角入力部（操作素子）１１と方位指示角検出部１３と反力発生モータ（操舵反力発生アクチュエータ）１４と電子制御ユニット（ＥＣＵ）２２と舵角発生モータ（舵角発生部）１９と車両２４と積分要素２５と前方注視点検出部２６と車速検出部１６と積分要素２８と加算演算部８からなる。また、電子制御ユニット２２は、偏差演算部２９と実舵角演算部（実舵角ゲイン部３０と実舵角制御部３１）と実舵角モータ駆動部（実舵角駆動部）２７と車両進行方位角演算部（方位角推定部）３２と、反力演算部３３と、反力モータ駆動部（操舵反力アクチュエータ駆動部）３４とからなる。さらに、車両２４には、車速検出部１６と、ヨーレート検出部と横加速度検出部と舵角検出部を備えている。そして、反力発生モータ１９と反力演算部３３と反力モータ駆動部３４により反力発生部を構成している。
【００４７】
偏差演算部９は、運転者により設定した目標コースと、運転者により見た前方注視点（前方注視点検出部２６）と車両の位置を加算した情報との偏差を求め、偏差を出力する。すなわち、運転者により方位角入力をどのくらいにするか決定する。
【００４８】
方位角入力部１１は、ハンドル等の操作素子であり、運転者によりその操作素子を操作することにより目標方位角を入力するものである。例えば、操作素子がハンドルの場合には、運転者によってハンドルを回転させることにより、その回転させた角度により目標方位角を入力する。方位指示角検出部１３は、方位角入力部１１から運転者により入力された目標方位角を検出し、ハンドル操舵角θを電子制御ユニット２２の偏差演算部２９に入力する。反力発生モータ１４は、電子制御ユニット２２により制御され、方位角入力部１１に反力を与えるものである。
【００４９】
電子制御ユニット２２は、方位指示角検出部１３から入力されたハンドル操舵角と舵角検出部から入力される舵角信号と車両２４の車速検出部１６から入力される車速信号と車両２４の進行方向検出部１７から入力される進行方向（ヨー角）とヨーレート検出部から入力されるヨーレートに係る信号と横加速度検出部から入力される横加速度信号に基づいて舵角発生モータ駆動信号を出力し、舵角発生モータ１９を駆動する。また、電子制御ユニット２２は、ハンドル操舵角と車速信号と実舵角に係る信号と横加速度に係る信号とヨーレートに係る信号に基づいて、反力発生モータ１４を駆動する反力発生モータ駆動信号を出力する。
【００５０】
舵角発生モータ１９はギア機構等を備え、直流モータに供給するモータ電流の極性と電流値に基づいて車両の操舵角を制御する構成の場合、実舵角モータ駆動部３２は、操舵目標値δに対応して予め設定した極性で予め設定したモータ電流を供給する。舵角発生モータ１９がパルスモータ等を用いて構成されている場合、実舵角モータ駆動部２７は、正転または逆転パルスを必要数供給するよう構成する。
【００５１】
車両２４は、舵角発生部１９により実舵角δで進行方位を変化させ、その変化によって車両にはヨーレートγが発生し、ヨーレート検出部２４ａによって検出される。積分要素２５は、ヨーレート検出部２４ａから出力されたヨーレートγを積分し車両方位角ψを出力する。前方注視点検出部２６は、積分要素２５から出力された車両方位角ψによって運転者により前方に見える点である前方注視点を検出し（前方注視点検出部２６）、その前方注視点の位置の情報を加算演算部８に出力する。これは、運転者の眼によって行われる。車速検出部１６は、車両２４の車速を検出し、積分要素２８に出力する。積分要素２８は、入力された車速Ｖを積分し車両位置の情報として出力する。加算演算部８は、前方注視点検出部２６から出力される前方注視点に関する情報と積分要素２８から出力される車両位置の情報を加算し、車両の現在のコースについての情報を出力する。
【００５２】
この操舵装置１０により運転者が方位角入力部１１から目標方位角を入力することにより、舵角発生モータ１９が作動し、実舵角が車両２４に与えられて車両２４の進行方向が変化し、その変化に対応するヨーレイトと横加速度が生ずる。そして、車両２４の進行方向の変化を積分項２５で積分した形で、車両の方位角が制御される。
【００５３】
車両進行方位角推定部３２は、進行方向検出部１７や車両運動状態検出部１８から出力される信号に基づいて得られた車両の現在の進行方位ψに係る信号３２ｓを出力する。
【００５４】
偏差演算部２９は、方位指示角検出部１３から出力される方位角目標値θに係る信号１３ｓと、進行方位ψに係る信号３２ｓとの方位角偏差Ｅを求め、方位角偏差Ｅ（Ｅ＝θ−ψ）に係る信号２９ｓを実舵角ゲイン部３０へ供給する。
【００５５】
実舵角演算部（実舵角ゲイン部３０と実舵角制御部３１から構成される）は、方位角偏差Ｅに係る信号２９ｓと、車速検出部１６で検出した車速Ｖに係る信号１６ｓとに基づいて、舵角δに係る信号３１ｓを出力する。この実舵角演算部は、例えばＲＯＭ等を用い、各方位角偏差Ｅと各車速Ｖとに対応して予め設定した舵角δを格納した変換テーブルで構成している。なお、この実舵角演算部は、予め登録した関数式等に基づいて舵角δを演算して出力する構成としてもよい。
【００５６】
実舵角モータ駆動部３２は、実舵角演算部から出力される操舵目標値δに係る信号３１ｓに基づいて、舵角発生モータ１９を駆動する操舵駆動信号３２ｓを出力するよう構成している。舵角発生モータ１９はギア機構等を備え、直流モータに供給するモータ電流の極性と電流値に基づいて車両の操舵角を制御する構成の場合、実舵角モータ駆動部２７は、操舵目標値δＭに対応して予め設定した極性で予め設定したモータ電流を供給する。舵角発生モータ１９がパルスモータ等を用いて構成されている場合、実舵角モータ駆動部２７は、正転または逆転パルスを必要数供給するよう構成する。
【００５７】
反力演算部３３は、実舵角δ、ヨーレートγ、横加速度Ｇに係る信号と車速Ｖに係る信号１６ｓとに基づいて、反力トルク目標値Ｔに係る信号３３ｓを出力する。この反力演算部３３は、例えばＲＯＭ等を用い、各実舵角δ、各ヨーレートγ、各横加速度Ｇと各車速Ｖとに対応して予め設定した反力トルク目標値Ｔを格納した変換テーブルで構成している。なお、この反力演算部３３は、予め登録した関数式等に基づいて反力トルク目標値Ｔを演算して出力する構成としてもよい。
【００５８】
反力モータ駆動部３４は、反力演算部３３から出力される反力トルク目標値Ｔに基づいて反力発生モータを駆動する反力発生モータ駆動信号を出力する。
【００５９】
次に、図３に示す車両運動の概念図を用いて、車両の運動の理論式を説明する。
【００６０】
車両が運動する地上に平面座標Ｘ，Ｙを設定し、車両の中心点Ｃのｘ座標を前方向車両位置、車両の中心点Ｃのｙ座標を横方向車両位置と定義する。車両のホイールベースをｌ、スタビリティファクタＡ、実舵角ゲインをＫＡ、ドライバＦ／ＢゲインｈＡ、車速Ｖ、操舵角θ、実舵角δ、方位角ψ、とし、前方注視点をＬ、横方向目標コース位置ｙＯＬとしたときに、実舵角δ、ヨーレートγ、方位角ψ、車速、車両位置、操舵角は、図４で示す理論式で表すことができる。
【００６１】
実舵角は従来車両では、実舵角ゲインＫｃと操舵角θとの積で表される。また、方位制御車両では、実舵角は、操舵角と方位角との差と実舵角ゲインＫＡとの積で表される。ヨーレートは図４で示す（３）式、（４）式で表される。方位角はヨーレートを時間で積分することにより得られる。車速は、前方向の成分は、方位角の余弦と車速の大きさとの積で表され、横方向の成分は、方位角の正弦と車速の大きさとの積で表される。車両位置は、前方向は、前方向の車速を積分して得られ、横方向は、横方向の車速を積分して得られる。操舵角は、従来車両では、横方向目標コース位置から横方向車両位置と、前方注視点と方位角との積を減じて、その値にドライバＦ／Ｂゲインを掛けることにより得られる。方位制御車両では、横方向目標コース位置から横方向車両位置と、前方注視点と方位角との積を減じて、その値にドライバＦ／Ｂゲインを掛けることにより得られる。
【００６２】
図５と図７〜図１１は、上記の車両運動の理論式に基づいて記述された制御装置のブロック構成図である。
【００６３】
図５は、本実施形態の第１の具体例であり、操舵反力を実舵角に比例するとして設定した制御装置のブロック構成図である。偏差演算部４０は、横方向目標コース位置と前方注視点と方位角との積と横方向車両位置との和を入力とし、横方向目標コース位置から、前方注視点と方位角との積と横方向車両位置との和を減じた値を演算し、ｙ０Ｌ−ｙ−Ｌψの値に係る信号εを出力する。
【００６４】
比例要素４１では、ｙ０Ｌ−ｙ−Ｌψの値に係る信号εを入力とし、ｙ０Ｌ−ｙ−Ｌψの値とドライバＦ／ＢゲインｈＡとの積を演算し、操舵角を求め、操舵角に係る信号θｈを出力する。
【００６５】
加算演算部４２は、操舵角に係る信号θｈと比例要素４３からの反力トルクを入力とし、操舵角に係る信号θ＋を出力する。
【００６６】
偏差演算部４４は、操舵角に係る信号θ＋と方位角に係る信号ψを入力とし、操舵角に係る信号θ＋と方位角に係る信号ψの差を求め、その差に係る信号（θ−ψ）を出力する。
【００６７】
比例要素４５は、信号（θ−ψ）を入力とし、（θ−ψ）とゲインＫａとの積を演算し、実舵角を求め、実舵角に係る信号δを出力する。
【００６８】
比例要素４８は、実舵角に係る信号δを入力とし、実舵角とゲインＫｔとの積を演算し、反力トルクを求め、反力トルクに係る信号Ｔを出力する。
【００６９】
実舵角が入力された結果として、車両運動は決定され、その運動によりヨーレートγが出力される。
【００７０】
積分要素４７は、ヨーレートに係る信号γを入力とし、ヨーレートを積分し、方位角を算出し、方位角に係る信号ψを出力する。
【００７１】
比例要素４８は、方位角に係る信号ψを入力とし、方位角と前方注視点Ｌとの積を演算し、その積に係る信号Ｌψを出力する。
【００７２】
また、演算部４９は、方位角に係る信号ψを入力とし、方位角の余弦を求め、その値に車速Ｖを掛けた値Ｖ・ｃｏｓ（ψ）に係る信号を出力する。
【００７３】
積分要素５０は、値Ｖ・ｃｏｓ（ψ）を入力とし、その値を積分し、車両の横位置を求め、車両の横位置に係る信号ｙを出力する。
【００７４】
加算演算部５１は、積Ｌψと車両の横方向の位置ｙに係る信号を入力とし、積Ｌψと位置ｙとの和を演算し、その値（ｙ＋Ｌψ）に係る信号を出力する。
【００７５】
本発明は、運転者は前方注視点Ｌで到達したい地点に対する車両のコースズレを予測し、操作素子により方位角を入力する。入力された方位角は方位指示角検出部により方位指示角（θ）を検出し、検出された方位指示角（θ）から、方位角推定部によって推定された方位角（ψ）を減算し、予め設定された、実舵角ゲイン（Ｋａ）を乗算し、実舵角制御部、実舵角駆動部を介して、舵角発生部（アクチュエータ）により実舵角δ（δ＝Ｋａ（θ−ψ））を発生させる。
【００７６】
ここで、運転者が方位指示角θを入力する際に、操舵反力演算部によりタイヤ実舵角や車両の状態から操作素子の操舵反力を設定し、操舵反力発生アクチュエータを介し、操縦反力発生アクチュエータを駆動し操作素子（ハンドル）に対して操舵反力を付与する。
【００７７】
この第１の具体例では、操舵反力が実舵角δに比例するようにしたので、運転者は操舵トルクを手がかりに旋回半径を決めることができる。
【００７８】
次に、本実施形態に係る操舵装置での図６で示すカーブを実際に曲がるときの動作を説明する。
【００７９】
本実施形態に係る操舵装置でのハンドルでは、図６（ａ）の点ｃ１０で示すカーブにさしかかったとき、ハンドルを回転し始め、カーブｃ１１では図（ｂ）の直線ｂ１に示すように徐々に操舵角を増加させ、そのとき、図（ｃ）に示すように舵角とヨーレートはある一定の値δ１、γ１を保つ。また、ヨー角は図（ｄ）で示すように直線ｄ１のように徐々に増加し、操舵角とヨー角の差は、図（ｅ）に示すようにゼロとなるように制御される。そして直進になったとき、ハンドルを回転し始め、図（ｂ）の直線ｂ２に示すように操舵角は一定になり、そのとき、図（ｃ）に示すように舵角δとヨーレートγはゼロになる。また、ヨー角は図（ｄ）で示すように直線ｄ２のように一定になり、操舵角とヨー角の差は、図（ｅ）に示すようにゼロとなるように制御される。このようにして変化し、図で示すように、ハンドル操舵角と車両ヨー角が一致するように制御される。
【００８０】
次に、本実施形態に係る操舵装置における制御装置の第２の具体例を説明する。第２の具体例では、第１の具体例における反力演算部への入力が異なるものであり、それ以外は、同様の構成となっている。図７は、本実施形態に係る操舵装置の第２の具体例のブロック構成図である。反力演算部への入力以外は、第１の具体例で説明した図５での符号と同様の符号を付して説明は省略する。
【００８１】
第２の具体例では、反力演算部への入力は、実舵角ゲイン部からの出力である実舵角δに係る信号と車速検出部からの出力である車速Ｖに係る信号を入力とし、反力演算部は、実舵角δに係る信号と車速Ｖに係る信号とに基づいて、反力トルク目標値Ｔに係る信号４３ａを出力する。この反力演算部４３は、例えばＲＯＭ等を用い、各実舵角δと各車速Ｖとに対応して予め設定した反力トルク目標値Ｔを格納した変換テーブルで構成している。なお、この反力演算部４３は、予め登録した関数式等に基づいて反力トルク目標値Ｔを演算して出力する構成としてもよい。これにより、運転者は操舵トルクを手がかりに旋回半径を決めることができる。
【００８２】
次に、本実施形態に係る操舵装置における制御装置の第３の具体例を説明する。第３の具体例では、第１の具体例における反力演算部４３が異なるものであり、それ以外は、同様の構成となっている。図８は、本実施形態に係る操舵装置の第３の具体例のブロック構成図である。反力演算部５３以外は、第１の具体例で説明した図５での符号と同様の符号を付して説明は省略する。
【００８３】
第３の具体例では、反力演算部５３への入力は、実舵角ゲイン部からの出力である実舵角δに係る信号と車速検出部からの出力である車速Ｖに係る信号を入力とし、反力演算部５３は、実舵角δに係る信号と車速Ｖに係る信号とに基づいて、実舵角δと車速Ｖの積に比例した反力トルク目標値Ｔに係る信号を出力する。この反力演算部５３は、例えばＲＯＭ等を用い、各実舵角δと各車速Ｖとに対応して予め設定した実舵角δと車速Ｖの積に比例した反力トルク目標値Ｔを格納した変換テーブルで構成している。なお、この反力演算部５３は、予め登録した関数式等に基づいて反力トルク目標値Ｔを演算して出力する構成としてもよい。これにより、操舵トルクはヨーレートに比例することになり、運転者は操舵トルクを目安にヨーレートを決めることができる。
【００８４】
次に、本実施形態に係る操舵装置における制御装置の第４の具体例を説明する。第４の具体例では、第１の具体例における反力演算部４３への入力が異なるものであり、それ以外は、同様の構成となっている。図９は、本実施形態に係る操舵装置の第４の具体例のブロック構成図である。反力演算部５４以外は、第１の具体例で説明した図５での符号と同様の符号を付して説明は省略する。
【００８５】
第４の具体例では、反力演算部への入力は、ヨーレート検出部からの出力であるヨーレートγに係る信号を入力とし、反力演算部５４は、ヨーレートγに係る信号に基づいて、ヨーレートγに比例した反力トルク目標値Ｔに係る信号を出力する。この反力演算部５４は、例えばＲＯＭ等を用い、各ヨーレートγに対応して予め設定したヨーレートγに比例した反力トルク目標値Ｔを格納した変換テーブルで構成している。なお、この反力演算部５４は、予め登録した関数式等に基づいて反力トルク目標値Ｔを演算して出力する構成としてもよい。これにより、操舵トルクはヨーレートに比例することになり、運転者は操舵トルクを目安にヨーレートを決めることができる。
【００８６】
次に、本実施形態に係る操舵装置における制御装置の第５の具体例を説明する。第５の具体例では、第１の具体例における反力演算部４３が異なるものであり、それ以外は、同様の構成となっている。図１０は、本実施形態に係る操舵装置の第５の具体例のブロック構成図である。反力演算部５５以外は、第１の具体例で説明した図５での符号と同様の符号を付して説明は省略する。
【００８７】
第５の具体例では、反力演算部５５への入力は、実舵角ゲイン部からの出力である実舵角δに係る信号と車速検出部からの出力である車速Ｖに係る信号を入力とし、反力演算部５５は、実舵角δに係る信号と車速Ｖに係る信号とに基づいて、車速Ｖの二乗と実舵角δとの積に比例した反力トルク目標値Ｔに係る信号１７ａを出力する。この反力演算部５５は、例えばＲＯＭ等を用い、各実舵角δと各車速Ｖとに対応して予め設定した車速Ｖの二乗と実舵角δとの積に比例した反力トルク目標値Ｔを格納した変換テーブルで構成している。なお、この反力演算部５５は、予め登録した関数式等に基づいて反力トルク目標値Ｔを演算して出力する構成としてもよい。これにより、横加速度とトルクが比例することになり、横加速度を操舵トルクでモニタしながら車両を操縦することができる。
【００８８】
次に、本実施形態に係る操舵装置における制御装置の第６の具体例を説明する。第６の具体例では、第１の具体例における反力演算部４３が異なるものであり、それ以外は、同様の構成となっている。図１１は、本実施形態に係る操舵装置の第６の具体例のブロック構成図である。反力演算部５６以外は、第１の具体例で説明した図５での符号と同様の符号を付して説明は省略する。
【００８９】
第６の具体例では、反力演算部への入力は、実舵角ゲイン部からの出力である実舵角δに係る信号とヨーレート検出部からの出力であるヨーレートγに係る信号を入力とし、反力演算部５６は、実舵角δに係る信号とヨーレートγに係る信号とに基づいて、ヨーレートγの二乗と実舵角δとの積に比例した反力トルク目標値Ｔに係る信号を出力する。この反力演算部５６は、例えばＲＯＭ等を用い、各実舵角δと各ヨーレートγとに対応して予め設定したヨーレートγの二乗と実舵角δとの積に比例した反力トルク目標値Ｔを格納した変換テーブルで構成している。なお、この反力演算部５６は、予め登録した関数式等に基づいてヨーレートγの二乗と実舵角δとの積に比例した反力トルク目標値Ｔを演算して出力する構成としてもよい。これにより、横加速度とトルクが比例することになり、横加速度を操舵トルクでモニタしながら車両を操縦することができる。
【００９０】
以上の具体例１〜６で示したように、運転者は希望する運動を実現するように操舵力を調整しながら、車両が目標方位に到達するまで方位指示角を増やし続けることにより、車両を目標方位に到達させることができる。すなわち、運転者は、操舵反力を手がかりに方位を指示することができる。
【００９１】
なお、本発明による方位角を表示する手段を兼ね備えることにより、操作素子は切り戻し操作のいらない操作素子全てに適用できる。例えば、ハンドル以外には操縦桿や釦などが上げられる。
【００９２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【００９３】
操作素子と転舵輪とが機械的に分離されて、転舵輪を転舵する駆動手段と、車両の挙動度合いを検知する検知手段と、操作素子の操舵角と車両の進行方位角とが一致するように駆動手段の動作を制御する制御手段を備える操舵装置において、転舵輪の転舵量に応じて運転者の操作素子に対して反力を与える反力発生部を設けたため、操舵反力と実舵角を比例するようにした場合、運転者は操舵トルクを手がかりに旋回半径を決めることができる。また、操舵反力が実舵角と車速の積に比例するようにした場合、操舵トルクはヨーレートに比例することになるので、運転者は操舵トルクを目安にヨーレートを決めることができる。さらに、操舵反力が実舵角と車速の二乗との積に比例するようにした場合、横加速度とトルクが比例することになり、横加速度を操舵トルクでモニタしながら車両を操縦することができる。このように運転者は希望する運動を実現するように操舵力を調整しながら、車両が目標方位に到達するまで方位指示角（ハンドル角）を増やし続けることにより、車両を目標方位に到達させることができる。すなわち、運転者は操舵反力を手がかりに方位を指示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る操舵装置の模式構造図である。
【図２】本実施形態の操舵装置における制御装置のブロック構成図である。
【図３】車両運動の概念図である。
【図４】実舵角δ、ヨーレートγ、方位角ψ、車速、車両位置、操舵角の理論式を示す表である。
【図５】本実施形態の操舵装置における制御装置の第１の具体例のブロック構成図である。
【図６】本実施形態に係る操舵装置でのカーブを曲がるときの動作を説明する図である。
【図７】本実施形態の操舵装置における制御装置の第２の具体例のブロック構成図である。
【図８】本実施形態の操舵装置における制御装置の第３の具体例のブロック構成図である。
【図９】本実施形態の操舵装置における制御装置の第４の具体例のブロック構成図である。
【図１０】本実施形態の操舵装置における制御装置の第５の具体例のブロック構成図である。
【図１１】本実施形態の操舵装置における制御装置の第６の具体例のブロック構成図である。
【図１２】従来の操舵装置における制御装置のブロック構成図である。
【図１３】従来の特許文献１および特許文献２に記載の操舵装置における制御装置のブロック構成図である。
【符号の説明】
１０          操舵装置
１１          操作素子
１２          操舵軸
１３          方位指示角検出部
１４          反力発生モータ
１５          トルクセンサ
１６          車速検出部
１７          進行方向検出部
１８          車両運動状態検出部
１９          舵角発生モータ
２０          舵角検出部
２１          タイヤ（転舵輪））
２２          ＥＣＵ
【図１】
2004217114.tif 000003
【図２】
2004217114.tif 000004
【図３】
2004217114.tif 000005
【図４】
2004217114.tif 000006
【図５】
2004217114.tif 000007
【図６】
2004217114.tif 000008
【図７】
2004217114.tif 000009
【図８】
2004217114.tif 000010
【図９】
2004217114.tif 000011
【図１０】
2004217114.tif 000012
【図１１】
2004217114.tif 000013
【図１２】
2004217114.tif 000014
【図１３】
2004217114.tif 000015