(57)【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、同操舵ハンドルの操作に対して反力を付与するための反力アクチュエータと、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して前記転舵輪を非線形的に転舵制御する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、
前記転舵輪の転舵に応じて車両の発生するヨーレートの変化量であって、前記検出された操作入力値に対する前記ヨーレートの変化量を表すヨーレートゲインの変化を制限するヨーレートゲイン制限手段と、
前記制限されたヨーレートゲインを反映して車両が運動するための前記転舵輪の制限転舵量を計算する制限転舵量計算手段と、
前記計算された制限転舵量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制限転舵量に転舵する転舵制御手段とで構成し、
前記制御装置は、さらに、
前記制限転舵量計算手段によって計算された制限転舵量に基づいて、前記操舵ハンドルの操作可能範囲を拡大して変更する操作範囲変更手段と、
前記拡大して変更された操舵ハンドルの操作可能範囲に対応する反力を計算する反力計算手段と、
前記計算された反力に応じて前記反力アクチュエータを制御して前記操舵ハンドルに同計算された反力を付与する反力制御手段とを備え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２】
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、
前記制御装置は、さらに、
車両の車速を検出する車速検出手段を備えており、
前記ヨーレートゲイン制限手段は、
前記検出された車速に応じて前記ヨーレートゲインの変化を制限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３】
請求項１または請求項２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、
前記ヨーレートゲイン制限手段は、
前記検出された操作入力値と、同操作入力値に対して非線形的に変化する前記転舵輪の転舵量との比を表す転舵ギア比を制限して、前記ヨーレートゲインの変化を制限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４】
請求項１または請求項２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、
前記ヨーレートゲイン制限手段は、
前記ヨーレートゲインが変化し得る上限を設定して、前記ヨーレートゲインの変化を制限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５】
請求項１または請求項２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、
前記ヨーレートゲイン制限手段は、
前記反力アクチュエータによって付与される反力を形成する粘性成分トルクを、前記操舵ハンドルの操作速度に応じて大きく設定して、前記ヨーレートゲインの変化を制限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、
前記制御装置を、さらに、
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検出された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、前記検出された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前記転舵輪の感覚適合転舵量を、前記計算された見込み運動状態量を用いて計算する感覚適合転舵量計算手段と、
前記感覚適合転舵量で旋回する車両に発生するヨーレートゲインと前記制限されたヨーレートゲインとを比較し、これらのヨーレートゲインのうちの小さいヨーレートゲインに対応する感覚適合転舵量または制限転舵量を前記転舵輪の目標転舵量として決定する転舵量決定手段とを備えて構成し、
前記転舵制御手段は、前記転舵量決定手段によって決定された目標転舵量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決定された目標転舵量に転舵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７】
請求項６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、車両の横加速度、ヨーレートおよび旋回曲率のうちのいずれか一つであ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、操舵ハンドルの操作に対して反力を付与する反力アクチュエータと、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】
しかし、上記従来の装置のいずれにおいても、車両を操舵するための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。
【０００５】
すなわち、上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。
【０００６】
さらに、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。また、検出車速に基づいて、操舵ハンドルの操舵時点と転舵開始時点との間に位相差を設けるようにしているが、これは車両の旋回挙動を考慮した転舵制御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の見込んだ車両の運動状態を生じさせるものではない。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、違和感を覚えるとともに車両の運転を難しくしていた。
【０００７】
これらの問題に対して、本願出願人は、下記特許文献３に開示された車両の操舵装置を提案している。この車両の操舵装置は、人間の知覚特性に関するウェーバー・ヘフナー（Weber-Fechner）の法則に基づき、運転者による操舵ハンドルの操作に対して運転者の知覚特性に合わせて車両を旋回させることができるものである。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おり、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操作量が変位の場合には指数関数的に、操作量がトルクの場合に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。
【０００８】
したがって、本願出願人が下記特許文献３によって開示する車両の操舵装置においては、運転者による操舵ハンドルの操作に対して、運転者が知覚し得る車両の運動状態量（横加速度、ヨーレート、旋回曲率など）を指数関数的またはべき乗関数的に変化させるようにしている。そして、指数関数的またはべき乗関数的に変化する車両の運動状態量を実現するために、転舵輪を非線形的に転舵制御するようにしている。これにより、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することができるため、操舵ハンドルと転舵輪との機械的な連結を外した場合であっても、極めて容易に車両を旋回させることができる。
【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
【特許文献３】特開２００５−１９３７８３号公報
【発明の開示】
【０００９】
ところで、運転者による操舵ハンドルの操作に対して、転舵輪が非線形的に転舵制御される場合には、運転者による操舵ハンドルの操作状態や車両の車速に応じて、操舵ハンドルの操作に対して車両が極めて俊敏に旋回して、車両の旋回挙動が乱れる可能性がある。したがって、この状況においては、運転者は、操舵ハンドルを慎重に操作する必要がある。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、運転者による操舵ハンドルの操作に対して転舵輪が非線形的に転舵制御される車両の操舵装置において、運転者による操舵ハンドル操作に対する車両の旋回挙動変化を適切に制御して、車両の運転を易しくした車両の操舵装置を提供することにある。
【００１１】
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、同操舵ハンドルの操作に対して反力を付与するための反力アクチュエータと、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して前記転舵輪を非線形的に転舵制御する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、前記転舵輪の転舵に応じて車両の発生するヨーレートの変化量であって、前記検出された操作入力値に対する前記ヨーレートの変化量を表すヨーレートゲインの変化を制限するヨーレートゲイン制限手段と、前記制限されたヨーレートゲインを反映して車両が運動するための前記転舵輪の制限転舵量を計算する制限転舵量計算手段と、前記計算された制限転舵量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制限転舵量に転舵する転舵制御手段とで構成し、前記制御装置は、さらに、前記制限転舵量計算手段によって計算された制限転舵量に基づいて、前記操舵ハンドルの操作可能範囲を拡大して変更する操作範囲変更手段と、前記拡大して変更された操舵ハンドルの操作可能範囲に対応する反力を計算する反力計算手段と、前記計算された反力に応じて前記反力アクチュエータを制御して前記操舵ハンドルに同計算された反力を付与する反力制御手段とを備えることにある。
【００１２】
この場合、前記制御装置は、さらに、車両の車速を検出する車速検出手段を備えており、前記ヨーレートゲイン制限手段は、前記検出された車速に応じて前記ヨーレートゲインの変化を制限するとよい。また、前記ヨーレートゲイン制限手段は、前記検出された操作入力値と、同操作入力値に対して非線形的に変化する前記転舵輪の転舵量との比を表す転舵ギア比を制限して、前記ヨーレートゲインの変化を制限するとよい。また、前記ヨーレートゲイン制限手段は、前記ヨーレートゲインが変化し得る上限を設定して、前記ヨーレートゲインの変化を制限するとよい。さらに、前記ヨーレートゲイン制限手段は、前記反力アクチュエータによって付与される反力を形成する粘性成分トルクを、前記操舵ハンドルの操作速度に応じて大きく設定して、前記ヨーレートゲインの変化を制限するとよい。
【００１３】
また、前記制御装置を、さらに、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検出された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、前記検出された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前記転舵輪の感覚適合転舵量を、前記計算された見込み運動状態量を用いて計算する感覚適合転舵量計算手段と、前記感覚適合転舵量で旋回する車両に発生するヨーレートゲインと前記制限されたヨーレートゲインとを比較し、これらのヨーレートゲインのうちの小さいヨーレートゲインに対応する感覚適合転舵量または制限転舵量を前記転舵輪の目標転舵量として決定する転舵量決定手段とを備えて構成し、前記転舵制御手段は、前記転舵量決定手段によって決定された目標転舵量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決定された目標転舵量に転舵するとよい。この場合、前記見込み運動状態量は、車両の横加速度、ヨーレートおよび旋回曲率のうちのいずれか一つであるとよい。
【００１５】
上記のように構成した本発明においては、操舵ハンドルに対する運転者の操作入力値（例えば、操舵角）を、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）に変換することができる。そして、この変換された見込み運動状態量に基づいて、同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感覚適合転舵量（例えば、転舵角）を操舵ハンドルの操作入力値に対して非線形的に変化するように計算することができる。
【００１６】
したがって、転舵輪が感覚適合転舵量に転舵され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、この見込み運動状態量は操舵ハンドルへの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、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。
【００１７】
一方で、例えば、運転者によって大きな操作入力値が入力された場合、言い換えれば、転舵輪が非線形に大きな転舵量で転舵された場合には、車両の旋回時に発生するヨーレートの変化量、より詳しくは、操作入力値あたりのヨーレートの変化量を表すヨーレートゲインが増大する。そして、ヨーレートゲインが増大した状態では、運転者による操舵ハンドルの操作に応じて車両が急峻に旋回するようになる。
【００１８】
このことに対して、ヨーレートゲイン制限手段は、計算された感覚適合転舵量に転舵輪が転舵されることによって車両の発生するヨーレートゲインの変化（例えば、ヨーレートゲインの増大）を制限することができ、制限転舵量計算手段は、この制限されたヨーレートゲインで車両が運動するための制限転舵量（転舵角）を計算することができる。ここで、ヨーレートゲイン制限手段は、検出車速に応じて実行することができ、例えば、車速が小さい場合には、転舵ギア比の変化を制限するすなわち転舵輪の転舵変化量を制限することによってヨーレートゲインの変化を制限し、車速が大きい場合には、ヨーレートゲインの上限（例えば、予め設定された上限値）でヨーレートゲインの変化を制限することができる。また、ヨーレートゲインの変化は、操舵ハンドルの操作速度に依存して変化するため、ヨーレートゲイン制限手段は、反力アクチュエータの粘性成分トルクを大きく設定することによってヨーレートゲインの変化を制限することもできる。
【００１９】
また、転舵量決定手段は、感覚適合転舵量で車両が旋回するときのヨーレートゲインと、制限転舵量で車両が旋回するときの制限されたヨーレートゲインとを比較することができる。そして、転舵量決定手段は、この比較に基づき、これらヨーレートゲインのうちの小さいヨーレートゲインとなる感覚適合転舵量または制限転舵量を目標転舵量として決定することができ、転舵制御手段は、転舵輪をこの目標転舵量に転舵することができる。
【００２０】
このように、ヨーレートゲインの大きさに基づいて転舵輪が転舵制御されることにより、車両の旋回挙動変化を適切に制限することができる。すなわち、運転者による操舵ハンドルの操作に応じて車両が旋回する場合、感覚適合転舵量で旋回する車両に発生するヨーレートゲインが制限されたヨーレートゲインよりも小さければ、転舵輪を感覚適合転舵量に転舵することができるため、運転者の知覚特性に合わせて車両を旋回させることができる。したがって、運転者は、車両を簡単に運転することができる。
【００２１】
また、感覚適合転舵量で旋回する車両に発生するヨーレートゲインが制限されたヨーレートゲイン以上であれば、転舵輪を制限転舵量に転舵することができる。これにより、運転者による操舵ハンドルの操作に対して、ヨーレートゲインの変化（例えば、増大）が適切に制限されるため、車両が急峻に旋回することが確実に防止され、その結果、運転者は、車両の旋回挙動の乱れを気にすることなく、操舵ハンドルを操作することができる。したがって、これによっても、運転者は、車両を簡単に運転することができる。
【００２２】
ところで、転舵輪が制限転舵量で転舵される場合には、ヨーレートゲインの変化（例えば、増大）が制限される。このため、運転者が意図した旋回態様（より具体的には、意図した旋回半径など）で車両を旋回させるためには、操舵ハンドルをより多く操作することが必要となる。これに対して、操作範囲変更手段は、計算された制限転舵量に基づいて、操舵ハンドルの操作範囲を、例えば拡大するように適切に変更することができる。また、反力計算手段は、変更された操作範囲内における適切な反力を計算することができ、反力制御手段は、計算された反力を操舵ハンドルに付与することができる。これにより、運転者は、操舵ハンドルを操作することによって意図する旋回態様で車両を旋回させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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実施形態の車両の操舵装置を概略的に示している。
【００２４】
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。
【００２５】
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、ピニオンギヤ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ヤ２３に伝達され、ピニオンギヤ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。
【００２６】
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および横加速度センサ３４を備えている。
【００２７】
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。ここで、本明細書において、中立位置とは、車両が直進状態を維持するための操舵ハンドル１１、操舵入力軸１２、転舵出力軸２２および左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の位置をいう。そして、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。なお、実横加速度Gも、左方向の加速度を正の値で表し、右方向の加速度を負の値で表す。
【００２８】
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３５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３６，３７がそれぞれ接続されている。駆動回路３６，３７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３６ａ，３７ａが設けられている。電流検出器３６ａ，３７ａ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３５にフィードバックされている。
【００２９】
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３５は、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δcを決定するための感覚適合制御部４０と、目標転舵角δc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、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６０とからなる。
【００３０】
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は操舵ハンドル１１の回転角である操舵角θを検出し、同検出した操舵角θを感覚適合制御部４０および反力制御部６０にそれぞれ出力する。感覚適合制御部４０においては、変位−トルク変換部４１が、操舵ハンドル１１の操舵角θの絶対値が正の所定値θz未満であれば下記式１に従って操舵角θの一次関数である操舵トルクTdを計算し、操舵角θの絶対値が正の所定値θz以上であれば下記式２に従って操舵角θの指数関数である操舵トルクTdを計算する。ここで、式１の一次関数と式２の指数関数とは、操舵角θzで連続的に接続されるものであり、例えば、式２の指数関数における操舵角θzでの原点「０」を通る接線を式１の一次関数として採用するとよい。なお、式１に関しては、一次関数に限定されるものではなく、操舵角θが「０」のときに操舵トルクTdが「０」となり、かつ、式２の指数関数と連続的に接続される関数であれば、種々の関数を採用することができる。
Td＝a・θ  (｜θ｜＜θz)  …式１
Td＝To・exp(K1・θ)  (θz≦｜θ｜＜θmax)  …式２
【００３１】
ただし、前記式１中のaは一次関数の傾きを表す定数である。また、式２中のTo，K1は定数であり、特に定数Toは運転者が知覚し得る最小操舵トルクである。なお、定数K1に関しては、後に詳細に説明する。さらに、前記式１および式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とし、検出操舵角θが正であれば定数aおよび定数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aおよび定数Toを前記正の定数aおよび前記正の定数Toと同じ絶対値を有する負の値とする。なお、前記式１，２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４２に供給される。トルク−横加速度変換部４２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横加速度Gdを、操舵トルクTdの絶対値が正の所定値Tg未満であれば下記式３に従って計算し、操舵トルクTdの絶対値が正の所定値Tg以上であれば下記式４に従って計算する。ここで、式３は操舵トルクTdの一次関数式であって操舵トルクTdが「０」のときに見込み横加速度Gdが「０」となる関数である。また、式４は操舵トルクTdのべき乗関数であり、式４と所定値Tgにて連続的に接続するものである。
Gd＝b・Td  （｜Td｜＜Tg）  …式３
Gd＝C・TdK2  （Tg≦｜Td｜）  …式４
【００３３】
ただし、式３中のbは一次関数の傾きを表す定数であり、式４中のC，K2は定数である。また、前記式３，４中の操舵トルクTdは前記式１，２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bおよび定数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bおよび定数Cを前記正の定数bおよび定数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、操舵トルクTdが所定値Tg以上のときに、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を回動操作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（すなわち前記式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、このことからも、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Tg未満である場合、見込み横加速度Gdは一次関数的に変化する。これは、操舵トルクTdが所定値Tg未満のとき、すなわち操舵角θが「０」近傍（操舵ハンドル１１の中立位置近傍）に保たれる場合において、例えば、前記式４に従って見込み横加速度Gdを計算した場合には、見込み横加速度Gdが「０」に収束せず、これは現実的でない。しかしながら、前述のように、操舵ハンドル１１が中立位置近傍、すなわち操舵トルクTdが所定値Tg未満であれば、見込み横加速度Gdを前記式３に従って計算することにより、操舵ハンドル１１が中立位置方向へ回動された場合には、見込み横加速度Gdが「０」に収束するため、この問題は解決される。
【００３７】
次に、前記式１〜６で用いたパラメータK1，K2，C（所定値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の決め方についての説明では、前記式１〜６の操舵トルクTdおよび見込み横加速度Gdについては、単に操舵トルクTおよび横加速度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、操舵トルクおよび横加速度に関し、前記ウェーバー・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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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
【００４１】
また、操舵トルクTdの設定最大値をTmaxとすれば、前記式１，２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、Toは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，Tmax，To，θmaxはいずれも予め設定できる定数であるので、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。
【００４２】
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ΔF／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。
【００４３】
また、横加速度の設定最大値をGmaxとし、操舵トルクの設定最大値を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は予め設定できる定数であり、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。
【００４４】
以上のように、最大操舵角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を設定すれば、前記式１〜５における係数K1、K2，Cを計算することができる。したがって、変位−トルク変換部４１およびトルク−横加速度変換部４２においては、前記式１〜５を用いて、運転者の知覚特性に合った操舵トルクTdおよび見込み横加速度Gdを計算できる。
【００４５】
ふたたび、図２の説明の戻ると、トルク−横加速度変換部４２にて計算された見込み横加速度Gdは、転舵角変換部４３に供給される。転舵角変換部４３は、見込み横加速度Gdを発生するのに必要な左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の感覚適合転舵角δa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に対する感覚適合転舵角δa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４３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とに応じた感覚適合転舵角δa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）と感覚適合転舵角δaはいずれも正であるが、転舵角変換部４３から供給される見込み横加速度Gdが負であれば、出力される感覚適合転舵角δaも負となる。そして、転舵角変換部４３は、計算した感覚適合転舵角δaを転舵角決定部４５に供給する。
【００４６】
なお、感覚適合転舵角δa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。
δa＝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示す予め決められた所定値である。
【００４７】
ところで、前記式１６は、前記式５を代入することによって、下記式１７に示すように変形することができる。
δa＝(Ｌ・(１＋Ａ・V2)／V2)・Go・exp(K1・K2・θ)  …式１７
これによれば、感覚適合転舵角δaは、車速Vおよび操舵角θに依存し、ウェーバー・ヘフナーの法則に従って非線形に（指数関数的に）変化する。このように、感覚適合転舵角δaが非線形に変化する状況において、特に、車速Vが小さいときには、感覚適合転舵角δaは操舵角θの変化に対して大きな変化量で変化する。したがって、車速Vが小さいときや、操舵角θが大きいとき（より詳しくは、最大操舵角θmax近傍で操舵操作するとき）には、運転者による車両の旋回制御が難しくなる場合がある。
【００４８】
このような車両の旋回制御の難しさは、運転者による操舵操作に伴って発生するヨーレートの変化量（以下、この変化量をヨーレートゲインという）の大きさを用いて評価することができる。以下、このヨーレートゲインについて説明する。ヨーレートゲインは、単位操舵角θあたりのヨーレートの変化量として定義することができる。ここで、横加速度Gとヨーレートγとの関係は、車速Vを用いた下記式１８によって表すことができる。
G＝γ・V  …式１８
そして、前記式１６によって表される感覚適合転舵角δa（転舵角δ）と見込み横加速度Gd（横加速度G）との関係を用いれば、転舵角δとヨーレートγとの関係は、前記式１８を前記式１６に代入した下記式１９によって表すことができる。
δ＝Ｌ・(１＋Ａ・V2)・(γ・V)／V2＝Ｌ・(１＋Ａ・V2)・γ／V  …式１９
したがって、前記式１９を変形することにより、ヨーレートγは転舵角δを用いて下記式２０によって表される。
γ＝δ・V／(Ｌ・(１＋Ａ・V2))  …式２０
【００４９】
これにより、ヨーレートゲインYgは、前記式２０の両辺を操舵角θで除した下記式２１に従って計算することができる。
Yg＝γ／θ＝δ・V／(Ｌ・(１＋Ａ・V2)・θ)  …式２１
前記式２１によれば、車速Vが小さくなるに伴ってヨーレートゲインYgは大きな値に変化する傾向にあり、また、上述したように転舵角δが操舵角θに対して指数関数的に大きくなるに伴ってヨーレートゲインYgは大きな値に変化する傾向にある。したがって、ヨーレートゲインYgの増大を適切に制限すれば、ヨーレートゲインYgの増大に伴う旋回制御の難しさを解消することができる。このことに基づき、図２に示す制限転舵角演算部４４は、ヨーレートゲインYgの増大を制限したときの制限転舵角δb1，δb2を計算する。以下、制限転舵角演算部４４による演算処理を、車速Vが小さい場合から説明する。
【００５０】
上述したように、転舵角変換部４３は、車速Vが小さいときには、運転者が車両を容易に旋回させることができるように、操舵角θの増大に伴って非線形的に変化する感覚適合転舵角δaを計算する。これにより、例えば、駐車する際など、低速で移動する車両の取り回し性を良好に確保することができる。このように、運転者によって操舵ハンドル１１に入力された操舵角θに対して感覚適合転舵角δaの大きさが非線形的に変化する場合には、一般的に、下記式２２が成立する。
δa＝θ／D(θ)  …式２２
ここで、前記式２２中のD(θ)は、感覚適合転舵角δaの大きさに対する操舵角θの大きさの比すなわち転舵ギア比を表す操舵角θの関数である。
【００５１】
ところで、感覚適合転舵角δaが操舵角θの変化に対して非線形的に変化する場合には、前記式２２中の転舵ギア比D(θ)が連続的に変化している。すなわち、操舵角θの中立位置から最大操舵角θmaxまでの変化に応じて転舵ギア比D(θ)が連続的に小さく変化することによって、感覚適合転舵角δaを非線形的に変化させることができる。そして、特に、車速Vが小さい場合には、転舵ギア比D(θ)は連続的により小さな値に変化する。このため、制限転舵角演算部４４は、検出車速Vが所定の車速V0よりも小さい場合には、転舵ギア比D(θ)を、予め設定された転舵ギア比MDに固定して転舵ギア比D(θ)の変化を制限し、この転舵ギア比MDを用いた下記式２３に従って制限転舵角δb1を計算する。
δb1＝θ／MD  …式２３
ただし、前記式２３中の転舵ギア比MDは、実験に基づいて予め設定される定数である。
【００５２】
ここで、感覚適合転舵角δaで旋回するときのヨーレートゲインYgaと制限転舵角δb1で旋回するときのヨーレートゲインYgbとの大きさについて比較してみる。ヨーレートゲインYgaは、前記式２１中のδに対して前記式２２を代入することにより、下記式２４に従って計算される。
Yga＝δa・V／(Ｌ・(１＋Ａ・V2)・D(θ))  …式２４
一方、ヨーレートゲインYgbは、前記式２１中のδに対して前記式２３を代入することにより、下記式２５に従って計算される。
Ygb＝δb1・V／(Ｌ・(１＋Ａ・V2)・MD)  …式２５
【００５３】
前記式２４，２５によれば、操舵角θの増大に伴って転舵ギア比D(θ)の値が転舵ギア比MDよりも小さくなることにより、感覚適合転舵角δaが制限転舵角δb1よりも大きくなるため、結果として、ヨーレートゲインYgaはヨーレートゲインYgbよりも大きくなる。言い換えれば、転舵ギア比D(θ)を転舵ギア比MDで制限することによって得られる制限転舵角δb1を用いることによって、ヨーレートゲインYgの増大を効果的に制限することができる。
【００５４】
次に、車速Vが大きい場合における制限転舵角演算部４４の演算処理を説明する。前記式２１から明らかなように、V／(Ｌ・(１＋Ａ・V2))の項は車速Vの増大に伴って徐々に減少するものの、操舵角θに応じて転舵角δが指数関数的に増加する場合には、操舵ハンドル１１の回動操作に伴ってヨーレートゲインYgは増加する。このため、制限転舵角演算部４４は、車速Vが所定の車速V1よりも大きい場合には、ヨーレートゲインYgを一定の上限値（以下、この上限値をヨーレート定常ゲインYg0という）で制限する。すなわち、制限転舵角演算部４４は、前記式２１に基づいて計算されるヨーレートゲインYgを、下記式２８に示すように、一定のヨーレート定常ゲインYg0に設定する。
Yg0＝Yg＝δ・V／(Ｌ・(１＋Ａ・V2)・θh)  …式２８
ただし、前記式２８中のθhは、後述する反力制御部６０によって計算される操舵角θの最大値θmax0まで変化し得る操舵角を表す。
【００５５】
したがって、ヨーレートゲインYgをヨーレート定常ゲインYg0で制限することによって、車速Vが大きい場合であっても、ヨーレートゲインYgの増加を制限することができる。そして、車速Vが大きい場合には、制限転舵角演算部４４は、前記式２８を変形した下記式２９に従って、制限転舵角δb2を計算する。
δb2＝Yg0／(V／(Ｌ・(１＋Ａ・V2)・θh))  …式２９
【００５６】
このように計算された制限転舵角δb1，δb2は転舵角決定部４５に供給される。なお、以下の説明においては、特に区別しない場合に限り、制限転舵角δb1，δb2をまとめて制限転舵角δbともいう。転舵角決定部４５は、操舵角センサ３１から操舵角θを入力しており、転舵角変換部４３から供給された感覚適合転舵角δaと制限転舵角演算部４４から供給された制限転舵角δbとを比較して、転舵制御部５０に供給する転舵量指令値としての目標転舵角δcを決定する。以下、転舵角決定部４５における決定処理を説明するが、この場合も、車速Vが小さい場合から説明する。
【００５７】
車速Vが所定の車速V0よりも小さい場合においては、転舵角決定部４５は、入力した検出操舵角θと感覚適合転舵角δaまたは制限転舵角δb1との関係、すなわち、それぞれの転舵ギア比を比較することによって目標転舵角δcを決定する。このため、転舵角決定部４５は、下記式３０に従って、操舵角θと感覚適合転舵角δaとの間の転舵ギア比Dwを計算する。
Dw＝θh／δa  …式３０
一方、操舵角θと制限転舵角δb1との間の転舵ギア比は、前記式２３の計算に用いた転舵ギア比MD（定数）である。
【００５８】
そして、転舵角決定部４５は、転舵ギア比Dwと転舵ギア比MDを比較し、転舵ギア比が大きい（ゲイン値が小さい）、言い換えれば、操舵ハンドル１１の回動操作に対して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を緩やかに転舵させることができる感覚適合転舵角δaまたは制限転舵角δb1を目標転舵角δcとして決定する。すなわち、転舵角決定部４５は、転舵ギア比MDが転舵ギア比Dw以上であれば、制限転舵角δb1を目標転舵角δcとして決定する。一方、転舵ギア比MDが転舵ギア比Dwよりも小さければ、感覚適合転舵角δaを目標転舵角δcとして決定する。
【００５９】
また、車速Vが所定の車速V1よりも大きい場合においては、転舵角決定部４５は、感覚適合転舵角δaで車両が旋回するときのヨーレートゲインYgwの大きさとヨーレート定常ゲインYg0の大きさを比較することによって、目標転舵角δcを決定する。このため、転舵角決定部４５は、下記式３１に従って、ヨーレートゲインYgwを計算する。
Ygw＝δa・V／(Ｌ・(１＋Ａ・V2)・θh)  …式３１
【００６０】
そして、転舵角決定部４５は、ヨーレートゲインYgwとヨーレート定常ゲインYg0を比較し、ゲイン値が小さい、言い換えれば、操舵ハンドル１１の回動操作に対して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を緩やかに転舵させることができる感覚適合転舵角δaまたは制限転舵角δb2を目標転舵角δcとして決定する。すなわち、転舵角決定部４５は、ヨーレートゲインYgwがヨーレート定常ゲインYg0以上であれば、制限転舵角δb2を目標転舵角δcとして決定する。一方、ヨーレートゲインYgwがヨーレート定常ゲインYg0よりも小さければ、感覚適合転舵角δaを目標転舵角δcとして決定する。このように、目標転舵角δcを決定すると、転舵角決定部４５は、目標転舵角δcを転舵制御部５０と反力制御部６０に供給する。
【００６１】
転舵制御部５０においては、転舵角補正部５１が目標転舵角δcを取得する。転舵角補正部５１は、トルク−横加速度変換部４２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３２の演算を実行して入力した目標転舵角δcを補正し、補正目標転舵角δdを計算する。
δd＝δc＋K3・(Gd−G)  …式３２
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δd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δd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。なお、本実施形態においては、転舵角補正部５１は、感覚適合転舵角δaが目標転舵角δcとして決定された場合に目標転舵角δc（感覚適合転舵角δa）を補正計算して補正目標転舵角δdとして出力するものとし、制限転舵角δbが目標転舵角δcとして決定された場合は、目標転舵角δc（制限転舵角δb）を補正計算することなく補正目標転舵角δdとして出力する。
【００６２】
この計算された補正目標転舵角δdは、駆動制御部５２に供給される。駆動制御部５２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δd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５２は、駆動回路３７から同電動モータに流れる駆動電流も入力し、転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３７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δdに転舵される。
【００６３】
次に、反力制御部６０を説明する。操舵角センサ３１によって検出された操舵角θは、変位−トルク変換部６１に供給される。変位−トルク変換部６１は、前記式１，２と同様な下記式３３，３４に従って反力トルクTzを計算する。この反力トルクTzの計算においても、式３３に関しては、一次関数に限定されるものではなく、操舵角θが「０」のときに反力トルクTzが「０」となり、かつ、式３４の指数関数と連続的に接続される関数であれば、種々の関数を採用することができる。
Tz＝a・θ  (｜θ｜＜θz)  …式３３
Tz＝To・exp(K1・θ)  (θz≦｜θ｜＜θmax)  …式３４
この場合も、式３３中のaは一次関数の傾きを表す定数である。また、式３４中のTo，K1は、前記式２と同様な定数である。さらに、前記式３３および式３４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aおよび定数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aおよび定数Toを前記負の定数aおよび定数Toと同じ絶対値を有する正の値とする。なお、この場合も、前記式３３，３４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６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。
【００６４】
また、変位−トルク変換部６１は、感覚適合制御部４０の転舵角決定部４５から目標転舵角δcも入力する。そして、変位−トルク変換部６１は、目標転舵角δcが制限転舵角δbに決定されている場合において、操舵ハンドル１１の回動操作範囲を最大操舵角θmaxで決定される範囲以上に拡大するとともに、この拡大した回動操作範囲内における反力トルクTzを計算する。このことを以下に具体的に説明する。なお、目標転舵角δcが感覚適合転舵角δaに決定されている場合には、変位−トルク変換部６１は、最大操舵角θmax未満の範囲内で前記式３３，３４に従って反力トルクTzを計算する。
【００６５】
上述したように、制限転舵角演算部４４によって計算される制限転舵角δbは、ヨーレートゲインYgの増加を制限することによって、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を緩やかに転舵させることができる転舵角である。このため、制限転舵角δb1または制限転舵角δb2が目標転舵角δcとして決定される場合には、車両を意図した態様で旋回させるために、運転者は操舵ハンドル１１をより多く回動操作する必要がある。このため、変位−トルク変換部６１は、車速Vに応じて、言い換えれば、制限転舵角δb1，δb2に応じて、操舵ハンドル１１の回動操作範囲を決定するための拡大操舵角θmax0を計算する。
【００６６】
すなわち、車速Vが小さい場合には、目標転舵角δcが制限転舵角δb1に決定される。この場合、制限転舵角δb1は、転舵ギア比D(θ)の変位量が転舵ギア比MDで制限されることによって決定される。したがって、変位−トルク変換部６１は、下記式３５に示すように、システム上左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵し得る最大転舵角δmaxに対して、転舵ギア比MDを乗算することによって、拡大操舵角θmax0を計算する。
θmax0＝δmax・MD  …式３５
【００６７】
また、車速Vが大きい場合には、目標転舵角δcが制限転舵角δb2に決定される。この場合、制限転舵角δb2は、ヨーレートゲインYgの上限値がヨーレート定常ゲインYg0で制限されることによって決定される。したがって、変位−トルク変換部６１は、下記式３６に示すように、前記式２９のδb2に最大転舵角δmaxを代入して整理するとともに、θhをθmax0として、拡大操舵角θmax0を計算する。
θmax0＝(δmax／Yg0)／(V／(Ｌ・(１＋Ａ・V2)))  …式３６
【００６８】
そして、変位−トルク変換部６１は、最大操舵角θmaxから拡大操舵角θmax0まで拡大された回動操作範囲内における反力トルクTzを下記式３７に従って計算する。
Tz＝c・(θ−θmax)＋Tzmax  (θmax≦｜θ｜＜θmax0)  …式３７
ただし、前記式３７中のcは一次関数の傾きを表す定数であり、Tzmaxは操舵角θが最大操舵角θmaxのときに付与される反力トルクTzの設定最大値である。
【００６９】
また、検出操舵角θが拡大操舵角θmax0以上となると、反力トルクTzは下記式３８に従って計算される。
Tz＝Tzmax1＋((Tzlim−Tzmax1)／(θlim−θmax0))・(θ−θmax0)  …式３８
ただし、前記式３８中のTzlimはシステム上付与し得る最大の反力トルクである。また、前記式３８中のTzmax1は、拡大操舵角θmax0における反力トルクであり、下記式３９によって計算される。
Tzmax1＝c・(θmax0−θmax)＋Tzmax  …式３９
さらに、前記式３８中のθlimはシステム上回動し得る最大の操舵角であり、下記式４０によって計算される。
θlim＝Kθmax・θmax0  …式４０
なお、前記式４０中のKθmaxは、１よりも大きく設定された所定の定数である。
【００７０】
このように、拡大された回動操作範囲内で、前記式３７に従って計算される反力トルクTzが付与されることにより、運転者はウェーバー・ヘフナーの法則に基づいて予め設定された最大操舵角θmax以上に操舵ハンドル１１を回動操作することができる。一方、検出操舵角θが拡大操舵角θmax0超えると、前記式３８に従って計算される極めて大きな反力トルクTz（以下、この反力トルクをロック反力トルクTzlという）が付与される。これにより、適切な操舵ハンドル１１の回動操作範囲を決定することができる。
【００７１】
このように計算された反力トルクTzは、駆動制御部６２に供給される。駆動制御部６２は、駆動回路３６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３６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、操舵ハンドル１１の回動操作を開始し、操舵角が操舵角θz未満のときは一次関数的に変化する反力トルクTzを感じ、また、操舵角が操舵角θz以上最大操舵角θmax未満のときは指数関数的に変化する反力トルクTzを感じ、さらに、最大操舵角θmax以上拡大θmax0未満のときには、一次関数的に変化する反力トルクTzを感じながら、操舵ハンドル１１を回動操作することになる。したがって、運転者は、このように変化する反力トルクTzと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。
【００７２】
具体的に説明すると、運転者が操舵ハンドル１１を中立位置から回動操作すると、所定の操舵角θz未満であれば、前記式３３に従ってすなわち検出操舵角θに対して一次関数的に変化する反力トルクTzが計算される。そして、検出操舵角θが所定の操舵角θz以上であれば、前記式３４に従ってすなわち検出操舵角θに対して指数関数的に変化する反力トルクTzが計算される。このとき、所定の操舵角θzにて、反力トルクTzが前記式３３に従う計算から前記式３４に従う計算に変更されるときには、前記式３３すなわち一次関数と前記式３４すなわち指数関数とが連続的に接続されるため、運転者は、前記変更に伴う反力トルクTzの違和感を覚えることがない。そして、検出操舵角θが最大操舵角θmax未満のときには、操舵角θと反力トルクTzの関係が上述したウェーバー・ヘフナーの法則に従うものとなるため、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。
【００７３】
また、検出操舵角θがウェーバー・ヘフナーの法則に基づいて設定された最大操舵角θmax以上拡大θmax0未満のときには、前記式３７に従って操舵角θに対して一次関数的に変化する反力トルクTzが計算される。したがって、操舵角θの回動操作範囲が拡大された場合であっても、運転者は、操舵ハンドル１１を回動操作することができる。さらに、検出操舵角θが拡大操舵角θmax0を超える場合には、前記式３８に従ってロック反力トルクTzlが付与される。したがって、拡大された回動操作範囲を適切に確保できる。
【００７４】
以上の説明からも理解できるように、第１実施形態によれば、操舵ハンドル１１に対する操舵角θは、変位−トルク変換部４１およびトルク−横加速度変換部４２によって見込み横加速度Gdに変換される。そして、この変換された見込み横加速度Gdに基づいて、転舵角変換部４３は、見込み横加速度Gdで車両が運動するための感覚適合転舵角δaを操舵ハンドル１１の操舵角θに対して指数関数的（非線形的に）に変化するように計算することができる。
【００７５】
したがって、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が感覚適合転舵角δaに転舵され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」として見込み横加速度Gdが与えられる。そして、この見込み横加速度Gdは操舵ハンドル１１の操舵角θに対してべき乗関数的（または指数関数的）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横加速度を知覚しながら、操舵ハンドル１１を操作できる。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。
【００７６】
一方で、例えば、車速Vの小さい低速走行時に、運転者によって大きな操舵角θが入力された場合、言い換えれば、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が大きな感覚適合転舵角δaで転舵された場合には、ヨーレートゲインYgが増大する。そして、ヨーレートゲインYgが増大した状態では、運転者による操舵ハンドル１１の操作に応じて車両が急峻に旋回するようになる。
【００７７】
このことに対して、制限転舵角演算部４４は、感覚適合転舵角δaに左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵されることによって車両の発生するヨーレートゲインYgを制限することができ、車両が運動するための制限転舵角δbを計算することができる。ここで、制限転舵角演算部４４は、車速Vが小さい場合には、転舵ギア比D(θ)の変化を所定の転舵ギア比MDで制限することによってヨーレートゲインYgの増大を制限し、制限転舵角δb1を計算することができる。また、制限転舵角演算部４４は、車速Vが大きい場合には、ヨーレートゲインYgを上限値としてのヨーレート定常ゲインYg0で制限することができ、制限転舵角δb2を計算することができる。
【００７８】
また、転舵角決定部４５は、ヨーレートゲインYgの小さい感覚適合転舵角δaまたは制限転舵角δbを目標転舵角δcとして決定することができる。そして、転舵制御部５０は、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２をこの目標転舵角δcに転舵することができる。
【００７９】
このように、車両に発生するヨーレートゲインYgの大きさに基づいて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵制御することにより、車両の旋回挙動変化を適切に制限することができる。すなわち、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に応じて車両が旋回する場合、感覚適合転舵角δaで旋回するときの転舵ギア比Dwが制限転舵角δbで旋回するときの転舵ギア比MDよりも大きければ、または、制限転舵角δbで旋回するときのヨーレート定常ゲインYg0が感覚適合転舵角δaで旋回するときのヨーレートゲインYgwよりも大きければ、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を感覚適合転舵角δaに転舵することができるため、運転者の知覚特性に合わせて車両を旋回させることができる。したがって、運転者は、車両を簡単に運転することができる。
【００８０】
また、制限転舵角δbで旋回するときの転舵ギア比MDが感覚適合転舵角δaで旋回するときの転舵ギア比Dwよりも大きければ、または、感覚適合転舵角δaで旋回するときのヨーレートゲインYgwが制限転舵角δbで旋回するときのヨーレート定常ゲインYg0よりも大きければ、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を制限転舵角δbに転舵することができる。これにより、運転者による操舵ハンドル１１の操作に対して、ヨーレートゲインYgの増大が適切に制限されるため、車両が急峻に旋回することが確実に防止され、その結果、運転者は、車両の旋回挙動の乱れを気にすることなく、操舵ハンドル１１を操作することができる。したがって、これによっても、運転者は、車両を簡単に運転することができる。
【００８１】
ところで、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が制限転舵角δbで転舵される場合には、ヨーレートゲインYgの増大が適切に制限される。このため、運転者が意図した旋回態様（より具体的には、意図した旋回半径など）で車両を旋回させるためには、操舵ハンドル１１をより多く操作することが必要となる。これに対して、反力制御部６０の変位−トルク変換部６１は、計算された制限転舵角δbに基づいて、操舵ハンドル１１の回動操作範囲を拡大するように適切に変更することができる。また、変位−トルク変換部６１は、拡大された回動操作範囲内における適切な反力トルクTzを計算することができ、駆動制御部６２は、計算された反力トルクTzを操舵ハンドル１１に付与することができる。これにより、運転者は、操舵ハンドル１１を操作することによって意図する旋回態様で車両を旋回させることができる。
【００８２】
b．第２実施形態
次に、上記第１実施形態における運動状態量としての横加速度に代えて、ヨーレートを用いた本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態においては、図１に破線で示すように、上記第１実施形態における横加速度センサ３４に代えて、運転者が知覚し得る運動状態量である実ヨーレートγを検出するヨーレートセンサ３８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３５にて実行されるコンピュータプログラムは上記第１実施形態の場合と若干異なる。
【００８３】
この第２実施形態においては、電子制御ユニット３５にて実行されるコンピュータプログラムが図７の機能ブロック図により示されている。この場合、感覚適合制御部７０において、変位−トルク変換部７１は上記第１実施形態の変位−トルク変換部４１と同様に機能するが、上記第１実施形態のトルク−横加速度変換部４２に代えてトルク−ヨーレート変換部７２が設けられている。
【００８４】
このトルク−ヨーレート変換部７２は、変位−トルク変換部７１にて計算された操舵トルクTdを用いて、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の絶対値が正の所定値Tg未満であれば下記式４１に従って計算し、操舵トルクTdの絶対値が正の所定値Tg以上であれば下記式４２に従って計算する。ここで、式４１は上記第１実施形態と同じく操舵トルクTdの一次関数式であって操舵トルクTdが「０」のときに見込みヨーレートγdが「０」となる関数である。また、式４２は上記第１実施形態と同じく操舵トルクTdのべき乗関数であり、式４１と所定値Tgにて連続的に接続するものである。
γd＝b・Td  （｜Td｜＜Tg）  …式４１
γd＝C・TdK2  （Tg≦｜Td｜）  …式４２
ただし、式４１中のbは一次関数の傾きを表す定数であり、式４２中のC，K2は，上記第1実施形態と同じく定数である。また、前記式４１，４２中の操舵トルクTdは前記式１，２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が正であれば定数bおよび定数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bおよび定数Cを前記正の定数bおよび定数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４１，４２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８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。
【００８５】
また、転舵角変換部７３は、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の感覚適合転舵角δa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ヨーレートγdに対する感覚適合転舵角δa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７３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に対応した感覚適合転舵角δa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）と感覚適合転舵角δaはいずれも正であるが、トルク−ヨーレート変換部７２から供給される見込みヨーレートγdが負であれば、出力される感覚適合転舵角δaも負となる。
【００８６】
なお、前記式１９で示したように、転舵角δは車速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４３の演算の実行によって見込みヨーレートγdを発生させる感覚適合転舵角δaを計算することができる。
δa＝Ｌ・(１＋Ａ・V2)・γd／V  …式４３
ただし、前記式４３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表す予め決められた所定値である。
【００８７】
また、制限転舵角演算部７４は、第１実施形態の制限転舵角演算部４４と同様に、検出車速Vが所定の車速V0よりも小さいときには、前記式２３に従って転舵ギア比MDによりヨーレートゲインYgを制限した制限転舵角δb1を計算する。また、検出車速Vが所定の車速V1よりも大きいときには、前記式２９に従ってヨーレート定常ゲインYg0によりヨーレートゲインYgを制限した制限転舵角δb2を計算する。
【００８８】
また、転舵角決定部７５は、第１実施形態の転舵角決定部４５と同様に、検出車速Vが所定の車速V0よりも小さいときには、転舵ギア比MDwと転舵ギア比MDとを比較する。そして、転舵ギア比MDが転舵ギア比MDw以上であれば、制限転舵角δb1を目標転舵角δcとして決定し、転舵ギア比MDwが転舵ギア比MDよりも大きければ、感覚適合転舵角δaを目標転舵角δcとして決定する。また、検出車速Vが所定の車速V1よりも大きいときには、ヨーレートゲインYgwとヨーレート定常ゲインYg0とを比較する。そして、ヨーレートゲインYgwがヨーレート定常ゲインYg0以上であれば、制限転舵角δb2を目標転舵角δcとして決定し、ヨーレート定常ゲインYg0がヨーレートゲインYgwよりも大きければ、感覚適合転舵角δaを目標転舵角δcとして決定する。
【００８９】
そして、この決定された目標転舵角δcは、転舵制御部５０の転舵角補正部５３に供給される。転舵角補正部５３は、トルク−ヨーレート変換部７２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３８によって検出された実ヨーレートγをも入力しており、下記式４４の演算を実行して、入力した目標転舵角δcを補正して補正目標転舵角δdを計算する。
δd＝δc＋K4・(γd−γ)  …式４４
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δd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δd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δがより精度よく確保される。
【００９０】
なお、本実施形態においては、転舵角補正部５３は、感覚適合転舵角δaが目標転舵角δcとして決定された場合に目標転舵角δc（感覚適合転舵角δa）を補正計算して補正目標転舵角δdとして出力するものとし、制限転舵角δbが目標転舵角δcとして決定された場合は、目標転舵角δc（制限転舵角δb）を補正計算することなく補正目標転舵角δdとして出力する。
【００９１】
また、電子制御ユニット３５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。そして、図７の機能ブロック図において、上記第１実施形態の図２と同じ符号を付してその説明を省略する。
【００９２】
そして、上記説明した第２実施形態においても、車両に発生するヨーレートゲインYgの大きさに基づいて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵制御することにより、車両の旋回挙動変化を適切に制限することができる。すなわち、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に応じて車両が旋回する場合、感覚適合転舵角δaで旋回するときの転舵ギア比Dwが制限転舵角δbで旋回するときの転舵ギア比MDよりも大きければ、または、制限転舵角δbで旋回するときのヨーレート定常ゲインYg0が感覚適合転舵角δaで旋回するときのヨーレートゲインYgwよりも大きければ、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を感覚適合転舵角δaに転舵することができるため、運転者の知覚特性に合わせて車両を旋回させることができる。したがって、運転者は、車両を簡単に運転することができる。
【００９３】
また、制限転舵角δbで旋回するときの転舵ギア比MDが感覚適合転舵角δaで旋回するときの転舵ギア比Dwよりも大きければ、または、感覚適合転舵角δaで旋回するときのヨーレートゲインYgwが制限転舵角δbで旋回するときのヨーレート定常ゲインYg0よりも大きければ、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を制限転舵角δbに転舵することができる。これにより、運転者による操舵ハンドル１１の操作に対して、ヨーレートゲインYgの増大が適切に制限されるため、車両が急峻に旋回することが確実に防止され、その結果、運転者は、車両の旋回挙動の乱れを気にすることなく、操舵ハンドル１１を操作することができる。したがって、これによっても、運転者は、車両を簡単に運転することができる。さらに、具体的な作用効果についても、上記第１実施形態の横加速度をヨーレートに換えた点を除けば、同じである。
【００９４】
c．第３実施形態
次に、上記第１実施形態における運動状態量としての横加速度に代えて、旋回曲率を用いた本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態においても、上記第１実施形態と同様に図１に示すように構成されている。ただし、電子制御ユニット３５にて実行されるコンピュータプログラムが上記第１実施形態の場合とは若干異なる。
【００９５】
この第３実施形態においては、電子制御ユニット３５にて実行されるコンピュータプログラムが図１０の機能ブロック図により示されている。この場合、感覚適合制御部８０において、変位−トルク変換部８１は上記第１実施形態の変位−トルク変換部４１と同様に機能するが、上記第１実施形態のトルク−横加速度変換部４２に代えてトルク−旋回曲率変換部８２が設けられている。
【００９６】
このトルク−旋回曲率変換部８２は、変位−トルク変換部８１にて計算された操舵トルクTdを用いて、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の絶対値が正の所定値Tg未満であれば下記式４５に従って計算し、操舵トルクTdの絶対値が正の小さな所定値Tg以上であれば下記式４６に従って計算する。ここで、式４５は上記第１実施形態と同じく操舵トルクTdの一次関数であって操舵トルクTdが「０」のときに見込み旋回曲率ρdが「０」となる関数である。また、式４６は、上記各実施形態と同じく操舵トルクTdのべき乗関数であり、式４５と所定値Tgにて連続的に接続するものである。
ρd＝b・Td  （｜Td｜＜Tg）  …式４５
ρd＝C・TdK2  （Tg≦｜Td｜）  …式４６
ただし、式４５中のbは一次関数の傾きを表す定数であり、式４６中のC，K2は，上記第１実施形態と同じく定数である。また、この場合も、前記式４５，４６中の操舵トルクTdは上記式１，２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bおよび定数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bおよび定数Cを前記正の定数bおよび定数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４５，４６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１１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。
【００９７】
また、転舵角変換部８３は、見込み旋回曲率ρdを発生するのに必要な左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の感覚適合転舵角δaを計算するものであり、図１２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に対する感覚適合転舵角δa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８３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とに対応した感覚適合転舵角δa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）と感覚適合転舵角δaはいずれも正であるが、トルク−旋回曲率変換部８２から供給される見込み旋回曲率ρdが負であれば、出力される感覚適合転舵角δaも負となる。
【００９８】
なお、感覚適合転舵角δaは下記式４７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４７の演算の実行によっても計算することができる。
δa＝Ｌ・(１＋Ａ・V2)・ρd  …式４７
ただし、前記式４７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表す予め決められた所定値である。
【００９９】
また、制限転舵角演算部８４は、第１実施形態の制限転舵角演算部４４と同様に、検出車速Vが所定の車速V0よりも小さいときには、前記式２３に従って転舵ギア比MDによりヨーレートゲインYgを制限した制限転舵角δb1を計算する。また、検出車速Vが所定の車速V1よりも大きいときには、前記式２９に従ってヨーレート定常ゲインYg0によりヨーレートゲインYgを制限した制限転舵角δb2を計算する。
【０１００】
また、転舵角決定部８５は、第１実施形態の転舵角決定部４５と同様に、検出車速Vが所定の車速V0よりも小さいときには、転舵ギア比MDwと転舵ギア比MDとを比較する。そして、転舵ギア比MDが転舵ギア比MDw以上であれば、制限転舵角δb1を目標転舵角δcとして決定し、転舵ギア比MDwが転舵ギア比MDよりも大きければ、感覚適合転舵角δaを目標転舵角δcとして決定する。また、検出車速Vが所定の車速V1よりも大きいときには、ヨーレートゲインYgwとヨーレート定常ゲインYg0とを比較する。そして、ヨーレートゲインYgwがヨーレート定常ゲインYg0以上であれば、制限転舵角δb2を目標転舵角δcとして決定し、ヨーレート定常ゲインYg0がヨーレートゲインYgwよりも大きければ、感覚適合転舵角δaを目標転舵角δcとして決定する。
【０１０１】
この決定された目標転舵角δcは、転舵制御部５０の転舵角補正部５４に供給される。転舵角補正部５４は、トルク−旋回曲率変換部８２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５５から実旋回曲率ρも入力する。旋回曲率計算部５５は、横加速度センサ３４によって検出された横加速度Gと、または、ヨーレートセンサ３８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車速Vとを用いて、下記式４８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５４に出力する。
ρ＝G／V2またはρ＝γ／V  …式４８
【０１０２】
そして、転舵角補正部５４は、下記式４９の演算を実行して、入力した目標転舵角δcを補正して補正目標転舵角δdを計算する。
δd＝δc＋K5・(ρd−ρ)  …式４９
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δd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δd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。
【０１０３】
なお、本実施形態においては、転舵角補正部５１は、感覚適合転舵角δaが目標転舵角δcとして決定された場合に目標転舵角δc（感覚適合転舵角δa）を補正計算して補正目標転舵角δdとして出力するものとし、制限転舵角δbが目標転舵角δcとして決定された場合は、目標転舵角δc（制限転舵角δb）を補正計算することなく補正目標転舵角δdとして出力する。
【０１０４】
また、電子制御ユニット３５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。そして、図１０の機能ブロック図において、上記第１実施形態の図２と同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１０５】
そして、上記説明した第３実施形態においても、車両に発生するヨーレートゲインYgの大きさに基づいて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵制御することにより、車両の旋回挙動変化を適切に制限することができる。すなわち、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に応じて車両が旋回する場合、感覚適合転舵角δaで旋回するときの転舵ギア比Dwが制限転舵角δbで旋回するときの転舵ギア比MDよりも大きければ、または、制限転舵角δbで旋回するときのヨーレート定常ゲインYg0が感覚適合転舵角δaで旋回するときのヨーレートゲインYgwよりも大きければ、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を感覚適合転舵角δaに転舵することができるため、運転者の知覚特性に合わせて車両を旋回させることができる。したがって、運転者は、車両を簡単に運転することができる。
【０１０６】
また、制限転舵角δbで旋回するときの転舵ギア比MDが感覚適合転舵角δaで旋回するときの転舵ギア比Dwよりも大きければ、または、感覚適合転舵角δaで旋回するときのヨーレートゲインYgwが制限転舵角δbで旋回するときのヨーレート定常ゲインYg0よりも大きければ、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を制限転舵角δbに転舵することができる。これにより、運転者による操舵ハンドル１１の操作に対して、ヨーレートゲインYgの増大が適切に制限されるため、車両が急峻に旋回することが確実に防止され、その結果、運転者は、車両の旋回挙動の乱れを気にすることなく、操舵ハンドル１１を操作することができる。したがって、これによっても、運転者は、車両を簡単に運転することができる。さらに、具体的な作用効果についても、上記第１実施形態の横加速度を旋回曲率に換えた点を除けば、同じである。
【０１０７】
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上記第１、第２および第３実施形態の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に入力された操舵トルクを検出して操舵トルクTとして出力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、第２および第３実施形態と同じであるが、電子制御ユニット３５にて実行されるコンピュータプログラムは上記第１、第２および第３実施形態の場合と若干異なる。なお、この変形例の説明においては、上記第１実施形態を代表的に例示して説明するが、第２および第３実施形態においても同様に構成することにより同様の効果を得ることができる。
【０１０８】
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、感覚適合制御部４０に変位−トルク変換部４１は設けられておらず、トルク−横加速度変換部４２が、上記第１実施形態における変位−トルク変換部４１にて計算される操舵トルクTdに代えて、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３，４の演算の実行により見込み横加速度Gdを計算する。なお、この場合も、式３，４の演算の実行に代え、図４に示す特性を表す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。また、電子制御ユニット３５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。
【０１０９】
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４２によって見込み横加速度Gdに変換され、転舵角変換部４３、制限転舵角演算部４４、転舵角決定部４５、転舵角補正部５１および駆動制御部５２により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は補正目標転舵角δdに転舵される。したがって、この変形例においても、変位−トルク変換部４１が省略されたこと以外、上記第１実施形態と同様に作動するため、上記第1実施形態と同様の効果が期待される。
【０１１０】
さらに、上記第１、第２および第３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替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、例えば、上記第１実施形態のように変位−トルク変換部４１にて計算される操舵トルクTdを用いて見込み横加速度Ｇdを計算する場合と、操舵トルクセンサ３９によって出力された操舵トルクTを用いて見込み横加速度Ｇdを計算する場合とを切り替えて利用可能とすることもできる。この場合、前記切り替えを、運転者の意思により、または車両の車速Vに応じて自動的に切り替えるようにするとよい。この場合においても、操舵角θに基づいて計算される操舵トルクTdまたは操舵トルクセンサ３９から出力された操舵トルクTは、トルク−横加速度変換部４２によって、例えば、図４に示す変換テーブルに基づいて見込み横加速度Gdが計算されるため、前記切り替えに伴う違和感を覚えることがない。
【０１１１】
また、上記第１、第２および第３実施形態においては、低速時においては転舵ギア比MD、高速時においてはヨーレート定常ゲインYg0を用いて、ヨーレートゲインYgの増大を制限するように実施した。これに対して、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作速度すなわち操舵角θの時間変化量dθ／dt（以下、この時間変化量を操舵角速度dθ／dtという）に応じて、反力アクチュエータ１３の粘性成分が大きくなるように変更させて実施することも可能である。以下、この変形例について説明する。
【０１１２】
この変形例においては、図１３に示すように、反力制御部６０に粘性成分演算部６３が設けられている。粘性成分演算部６３は、操舵角速度dθ／dtに応じて反力アクチュエータ１３の電動モータによる反力トルクTzを構成する粘性成分トルクTrを計算する。具体的に説明すると、粘性成分演算部６３は、下記式５０に従って、操舵角速度dθ／dtに対する粘性成分トルクTrを計算する。
Tr＝E・(dθ／dt)  …式５０
ただし、前記式５０中のEは実験によって予め決定される所定値である。
【０１１３】
また、粘性成分演算部６３は、感覚適合制御部４０の制限転舵角演算部４４からヨーレートゲインYgを入力している。そして、粘性成分演算部６３は、入力したヨーレートゲインYgを補正した補正ゲイン値Yg1を下記式５１に従って計算し、同計算した補正ゲイン値Tg1に応じた粘性成分トルクTrの補正係数Fを、図１４に示すヨーレートゲインマップを用いて計算する。
Yg1＝Kp・Yg＋Kd・Kdm・(dYg／dt)  …式５１
ただし、前記式５１中のKp，Kdは所定の定数である。また、Kdmは、車速係数であり、図１５の特性テーブルに示すように、検出車速Vの小さな範囲内で「１」よりも大きく、検出車速Vの大きな範囲内で「１」よりも小さく、検出車速Vの増加に従って「１」を挟んで非線形に減少する変数である。
【０１１４】
そして、粘性成分演算部６３は、前記式５０に従って計算された粘性成分トルクTrを補正係数Fで補正した補正粘性成分トルクTrdを、下記式５２に従って計算する。
Trd＝Tr・F  …式５２
このように、ヨーレートゲインYgの大きさに応じて、補正粘性成分トルクTrdを計算すると、粘性成分演算部６３は、同トルクTrdを駆動制御部６２に供給する。これにより、駆動制御部６２は、変位−トルク変換部６１によって計算された反力トルクTzと補正粘性成分トルクTrdとに応じた反力を操舵ハンドル１１に付与する。
【０１１５】
これにより、操舵ハンドル１１の操舵角速度dθ／dtに応じて大きな反力が付与されるため、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作速度が制限される。この結果、ヨーレートゲインYgの増大が良好に制限されるため、運転者は車両を容易に旋回させることができる。
【０１１６】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記第１ないし第３実施形態及びそれらの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。
【０１１７】
例えば、上記第１ないし第３実施形態においては、制限転舵角演算部４１，７１，８１は、車速Vが大きいときの制限転舵角δb2を計算するにあたり、ヨーレート定常ゲインYg0を用いて計算するようにした。しかしながら、制限転舵角δb1の計算と同様に、車速Vが大きい場合であっても、転舵ギア比D(θ)を制限して制限転舵角δb2を計算するように実施可能であることはいうまでもない。
【０１１８】
また、上記第１ないし第３実施形態およびそれらの変形例においては、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。
【０１１９】
また、上記第１ないし第３実施形態およびそれらの変形例においては、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。
【０１２０】
さらに、上記第１ないし第３実施形態およびそれらの変形例においては、人間が知覚し得る車両の運動状態量として、横加速度、ヨーレートおよび旋回曲率をそれぞれ単独で用いるようにした。しかし、これらの車両の運動状態量を、運転者による選択操作により切り換え、または車両の走行状態に応じて自動的に切り換えて、車両の操舵制御を行なうようにしてもよい。車両の走行状態に応じて自動的に切り換える場合、例えば、車両の低速走行時には前記運動状態量として旋回曲率を用い、車両の中速走行時には前記運動状態量としてヨーレートを用い、かつ車両の高速走行時には前記運動状態量として横加速度を用いるようにする。これによれば、車両の走行状態に応じて適切な車両の操舵制御がなされ、車両の運転がより易しくなる。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の第１ないし第３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】操舵角と反力トルクの関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第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８】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９】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１０】本発明の第３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１１】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１２】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１３】本発明の変形例に係り、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１４】補正ゲイン値と補正係数の関係を示すグラフである。
【図１５】車速と車速係数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１２２】
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…電子制御ユニット、３８…操舵トルクセンサ、３９…ヨーレートセンサ、４０…感覚適合制御部、４１，７１，８１…変位−トルク変換部、４２…トルク−横加速度変換部、４３，７３，８３…転舵角変換部、４４，７４，８４…制限転舵角演算部、４５，７５，８５…転舵角決定部、７２…トルク−ヨーレート変換部、８２…トルク−旋回曲率変換部、５０…転舵制御部、５１，５３，５４…転舵角補正部、６０…反力制御部、６１…変位−トルク変換部、６３…粘性成分演算部。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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