(57)【要約】【課題】  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。【解決手段】  最大操舵角計算部４１は車速Vとべき乗関係にある最大操舵角θmax(V)を計算する。変位−トルク変換部４２は操舵角θを用いて操舵トルクTdを計算し、トルク−横加速度変換部４３は操舵トルクTdとべき乗関係にある見込み横加速度Gdを計算する。この場合、計算部４１における車速Vのべき指数nは変換部４３における操舵トルクTdのべき指数Kの逆数以下の値に設定される。これにより、ヨーレートゲインYgの車速Vの変化に対する変化特性を運転者が車両を容易に旋回させることができるように変更することが可能となる。これにより、ゲインYgの増大を効果的に抑制することができる。したがって、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できる。【選択図】  図２
2007313962.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、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、
車両の車速を検出する車速検出手段と、
前記操舵ハンドルの操作可能範囲を決定するための値であって、車両の車速とべき乗関係にある最大操作入力値を、前記検出された車速を用いて計算する最大操作入力値計算手段と、
車両の旋回に関係して運転者が知覚し得る車両の運動状態を表していて運転者によって入力された操作入力値と所定の非線形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と前記計算された最大操作入力値と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転舵角を、前記計算された見込み運動状態量を用いて計算する転舵角計算手段と、
前記計算された転舵角に応じて前記転舵アクチュエータを制御して前記転舵輪を同計算された転舵角に転舵する転舵制御手段とで構成したことを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
【請求項２】
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、
前記見込み運動状態量は、運転者によって入力された操作入力値とべき乗関係にあり、
前記車両の車速と前記最大操作入力値とは、前記見込み運動状態量と操作入力値との間のべき乗関係を決定するべき指数の逆数をべき指数とするべき乗関係であ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、
前記車両の車速と前記最大操作入力値との間のべき乗関係を決定するべき指数は、所定の値以下に設定され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に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
前記操作入力値検出手段を、前記操舵ハンドルの変位量を検出する変位量センサで構成するとともに、
前記運動状態量計算手段を、
前記計算された最大操作入力値を用いて前記検出された変位量を前記操舵ハンドルに付与される操作力に変換する操作力変換手段と、前記変換された操作力を前記見込み運動状態量に変換する運動状態量変換手段とを備えて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５】
請求項１に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
前記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。
【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、
前記制御装置は、さらに、
前記最大操作入力値計算手段によって計算された最大操作入力値と前記検出された操作入力値とを用いて、前記操舵ハンドルに付与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。
【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に対して、指数関数的またはべき乗関数的に変化させれば、操作量と物理量との関係を人間の知覚特性に合わせることができる。
【０００８】
したがって、本願出願人が下記特許文献３に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依存して、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、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、車両の車速を検出する車速検出手段と、前記操舵ハンドルの操作可能範囲を決定するための値であって、車両の車速とべき乗関係にある最大操作入力値を、前記検出された車速を用いて計算する最大操作入力値計算手段と、車両の旋回に関係して運転者が知覚し得る車両の運動状態を表していて運転者によって入力された操作入力値と所定の非線形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と前記計算された最大操作入力値と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転舵角を、前記計算された見込み運動状態量を用いて計算する転舵角計算手段と、前記計算された転舵角に応じて前記転舵アクチュエータを制御して前記転舵輪を同計算された転舵角に転舵する転舵制御手段とで構成したことにある。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。
【００１２】
また、前記見込み運動状態量は、運転者によって入力された操作入力値とべき乗関係にあり、前記車両の車速と前記最大操作入力値とは、前記見込み運動状態量と操作入力値との間のべき乗関係を決定するべき指数の逆数をべき指数とするべき乗関係であるとよい。また、前記車両の車速と前記最大操作入力値との間のべき乗関係を決定するべき指数は、所定の値以下に設定されるとよい。
【００１３】
また、前記操作入力値検出手段を、例えば、前記操舵ハンドルの変位量を検出する変位量センサで構成するとともに、前記運動状態量計算手段を、前記計算された最大操作入力値を用いて前記検出された変位量を前記操舵ハンドルに付与される操作力に変換する操作力変換手段と、前記変換された操作力を前記見込み運動状態量に変換する運動状態量変換手段とを備えて構成するとよい。
【００１４】
さらに、前記制御装置は、前記最大操作入力値計算手段によって計算された最大操作入力値と前記検出された操作入力値とを用いて、前記操舵ハンドルに付与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とよい。
【００１５】
上記のように構成した本発明においては、最大操作入力値計算手段が検出された車速とべき乗関係にある最大操作入力値を計算することによって、運転者が操舵ハンドルに入力し得る操作入力値（例えば、操舵角）の操作可能範囲は車速に応じて変更される。そして、この変更された操作可能範囲内で入力された操舵ハンドルに対する運転者の操作入力値は、操作力変換手段によって操作力に変換され、運動状態量変換手段によって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所定の非線形関係（例えば、べき乗関係）にある車両の見込み運動状態量（横加速度、ヨーレート、旋回曲率など）に変換される。さらに、転舵角計算手段は、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。
【００１６】
したがって、転舵輪が計算された転舵角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】
ところで、転舵輪が非線形に転舵された場合には、運転者による操舵ハンドルの操作に応じて旋回する車両に発生するヨーレートの変化量を表すヨーレートゲインが、車速の変化に依存して変化する。そして、このようにヨーレートゲインが例えば増大すると、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】
これに対して、運転者による操舵ハンドルの操作可能範囲は、最大操作入力値が計算されることによって車速に対してべき乗関数的に変更される。そして、この操作可能範囲内の操作入力値は同操作入力値とべき乗関係ある見込み運動状態量に変換される。ここで、車速と最大操作入力値とのべき乗関係を決定するべき指数を、見込み運動状態量と操作入力値との間のべき乗関係を決定するべき指数の逆数以下の値に設定することにより、車速の変化に対する見込み運動状態量の変化特性を緩やかとすることができる。これにより、この見込み運動状態量を用いて計算される転舵角の車速に対する変化特性も緩やかとすることができる。
【００１９】
したがって、車速と最大操作入力値とのべき乗関係を決定するべき指数を任意に設定することにより、ヨーレートゲインの車速の変化に対する変化特性を、運転者が車両を容易に旋回させることができるように、変更することが可能となる。このように、ヨーレートゲインの車速に対する変化特性を任意に変更できることにより、ヨーレートゲインの増大を効果的に抑制することができる。この結果、車両が急峻に旋回することが確実に防止され、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、運転者は、車両を簡単に運転することができる。
【００２０】
また、反力計算手段は、操作可能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、ヨーレートゲインの変化特性が変更された場合であっても、適切に操舵ハンドルを操作することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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δdを決定するための感覚適合制御部４０と、目標転舵角δd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。
【００２８】
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、最大操舵角計算部４１が、下記式１を用いて、車速センサ３３によって検出された車速Vとべき乗関係にある操舵ハンドル１１の最大操作入力値としての最大操舵角θmax(V)を計算する。
θmax(V)＝θmax0・V0／Vn  …式１
ここで、前記式１中のθmax0は予め設定された所定の基準操舵角の絶対値を表すものであり、V0は予め設定された所定の車速である。また、前記式１中のnは車速Vの任意のべき指数であり、後述する所定値Kを用いて、n≦1／Kに設定されるパラメータである。なお、べき指数nの設定にあたっては、特に、高速走行時において、オーバーステアやアンダーステアが生じにくい値に設定されるとよい。
【００２９】
前記式１によれば、最大操舵角θmax(V)は、車速Vに対してべき乗関数的に変化し、この最大操舵角θmax(V)によって操舵ハンドル１１を操作し得る操舵可能範囲が規定される。すなわち、前記式１によれば、車速Vが小さくなるに伴って最大操舵角θmax(V)は大きな値に変化し、操舵ハンドル１１の操舵可能範囲は増大する。一方、車速Vが大きくなるに伴って最大操舵角θmax(V)は小さな値に変化し、操舵ハンドル１１の操舵可能範囲は減少する。
【００３０】
このように検出車速Vに応じて変更された最大操舵角θmax(V)は、変位−トルク変換部４２に供給される。変位−トルク変換部４２は、供給された最大操舵角θmax(V)を用いた下記式２に従って、操舵角θの関数である操舵トルクTdを計算する。
Td＝(Tmax／θmax(V))・θ  …式２
ただし、前記式２中のTmaxは、実験によって予め決定される操舵トルクの最大値である。なお、前記式２中の操舵角θは、前記検出操舵角θの絶対値を表すものである。
【００３１】
この計算された操舵トルクTdは、トルク−横加速度変換部４３に供給される。トルク−横加速度変換部４３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＝a・Td  （｜Td｜＜Tg）  …式３
Gd＝C・TdK  （Tg≦｜Td｜）  …式４
【００３２】
ただし、式３中のaは一次関数の傾きを表す定数であり、式４中のC，K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a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aおよび定数Cを前記正の定数a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、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３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。
【００３３】
次に、前記式４で用いたパラメータK，C（所定値K，C）の決め方について説明しておく。なお、このパラメータK，Cの決め方についての説明では、前記式４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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
一方、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５が成立する。
ΔG＝C・K・TK−1・ΔT＝G・K・ΔT／T  …式５
この式５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６，７が成立する。
ΔG／G＝K・ΔT／T  …式６
K＝Ka／Kt  …式７
この式７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７に基づいて係数Kが計算できる。
【００３７】
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８が導かれる。
C＝Gmax／TmaxK  …式８
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Kは前記式７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。
【００３８】
以上のように、操舵トルクTの最大値Tmax、横加速度Gの最大値Gmax、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４における係数K，Cを計算することができる。したがって、操舵角範囲変換部４１、変位−トルク変換部４２およびトルク−横加速度変換部４３においては、前記式１〜４を用いて、運転者の知覚特性に合った見込み横加速度Gdを計算できる。
【００３９】
ふたたび、図２の説明に戻ると、トルク−横加速度変換部４３にて計算された見込み横加速度Gdは、転舵角変換部４４に供給される。転舵角変換部４４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の目標転舵角δdを計算するものであり、図４に示すように車速Vに応じて変化して見込み横加速度Gdに対する目標転舵角δd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４４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とに応じた目標転舵角δdを計算する。ただし、前記テーブルに記憶されている横加速度G（見込み横加速度Gd）と目標転舵角δdはいずれも正であるが、転舵角変換部４４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δdも負となる。
【００４０】
なお、目標転舵角δdは下記式９に示すように車速Vと横加速度Gに関数であるので、前記テーブルを参照することに代えて、下記式９の演算の実行によっても計算することができる。
δd＝Ｌ・(１＋Ａ・V2)・Ｇd／V2  …式９
ただし、前記式９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。
【００４１】
このように計算された目標転舵角δdは、転舵制御部５０の転舵角補正部５１に供給される。転舵角補正部５１は、トルク−横加速度変換部４３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１０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＋H1・(Gd−G)  …式１０
ただし、係数H1は予め決められた正の定数であり、実横加速度Gが見込み横加速度Gdに満たない場合には、補正目標転舵角δdaの絶対値が大きくなる側に補正される。また、実横加速度Gが見込み横加速度Gdを超える場合には、補正目標転舵角δdaの絶対値が小さくなる側に補正される。この補正により、見込み横加速度Gdに必要な左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角がより精度よく確保される。
【００４２】
この計算された補正目標転舵角δda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δdaに転舵される。
【００４３】
ところで、転舵角変換部４４が目標転舵角δdを決定するために用いる前記式９は、前記式２，４を用いて、下記式１１に示すように変形することができる。
δd＝(Ｌ・(１＋Ａ・V2)／V2)・C・TdK＝(Ｌ・(１＋Ａ・V2)／V2)・C・((Tmax／θmax(V))・θ)K  …式１１
これによれば、目標転舵角δd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的に（べき乗関数的に）変化する。一般的に、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が非線形に変化する転舵角δに基づいて転舵制御される場合には、車速Vの変化に対して転舵角δの変化特性が変化するため、運転者による車両の旋回制御が難しくなる場合がある。
【００４４】
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。すなわち、転舵角δが非線形に変化する状況では、車速Vの変化に応じてヨーレートゲインが大きくなる場合があり、このヨーレートゲインの増大が車両の旋回制御を難しくする。これに対して、本実施形態における車両の操舵装置においては、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が非線形に変化する目標転舵角δdに基づいて転舵制御されるものの、前記式１１に示したように、目標転舵角δdが車速Vとべき乗関係にある操舵ハンドル１１の操舵可能範囲に基づいて計算されることにより、車速Vの変化に対するヨーレートゲインの増大を効果的に抑制することができる。以下、このヨーレートゲインの抑制について詳細に説明する。
【００４５】
ヨーレートゲインは、上述したように、運転者による操舵操作に伴って発生するるヨーレートの変化量であるため、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、ヨーレートγは、横加速度Gと車速Vとを用いた下記式１２によって表すことができる。
γ＝G／V  …式１２
そして、この式１２の横加速度Gに対して、前記式４によって表される見込み横加速度Gdを代入するとともに、前記式１，２を用いて式を整理すると、見込み横加速度Gdに対応するヨーレートγは、下記式１３によって表すことができる。
γ＝Gd／V＝C・((Tmax／(θmax0・V0))・θ・Vn)K／V  …式１３
【００４６】
これにより、見込み横加速度Gdで旋回する車両におけるヨーレートゲインYgは、前記式１３の両辺を操舵角θで除した下記式１４に従って計算することができる。
Yg＝γ／θ＝C・((Tmax／(θmax0・V0))・θ・Vn)K／(V・θ)  …式１４
そして、前記式１４をさらに整理すると、ヨーレートゲインYgは下記式１５のように示すことができる。
Yg＝C・(Tmax／(θmax0・V0))K・θ(K−1)・V(n・K−1)  …式１５
【００４７】
ここで、前記式１５中のV(n・K−1)のべき指数nは、1／K以下の値に設定される。この場合、例えば、nを1／Kに設定すると、ヨーレートゲインYgは下記式１６にように示すことができる。
Yg＝C・(Tmax／(θmax0・V0)) K・θ(K−1)  …式１６
前記式１６によれば、検出車速Vの変化に依存する項がなくなり、ヨーレートゲインYgは、操舵角θの変化にのみ依存して変化するものとなる。より具体的に説明すると、ヨーレートゲインYgは、図５に示すように、車速依存性に関して車速Vの変化に対して一定の値で変化する。また、操舵角依存性に関して、ヨーレートゲインYgは、操舵角θの減少に伴って小さな値に変化し、操舵角θの増大に伴ってある程度大きな値に変化する。
【００４８】
一方、nを1／K未満の値として1／(b・K)に設定した場合には、前記式１５に従って、ヨーレートゲインYgは下記式１７によって示すことができる。なお、bは、１よりも大きな値である。
Yg＝C・(Tmax／(θmax0・V0))K・θ(K−1)／V(1−(1／b))  …式１７
前記式１７によれば、ヨーレートゲインYgは、検出車速Vと操舵角θとに依存して変化するものとなる。より具体的に説明すると、ヨーレートゲインYgは、図６に示すように、車速依存性に関して、車速Vが小さくなるのに伴ってある程度大きな値に変化し、車速Vが大きくなるに伴って小さな値に変化する。また、操舵角依存性に関して、ヨーレートゲインYgは、操舵角θの減少に伴って小さな値に変化し、操舵角θの増大に伴ってある程度大きな値に変化する。
【００４９】
このように、操舵ハンドル１１の操舵可能範囲を、車速Vに応じて変化させる、すなわち、車速Vとべき乗関係にある最大操舵角θmax(V)によって規定することによって、見込み横加速度Gdで旋回するときのヨーレートゲインYgの増大を抑制することができる。言い換えれば、車速Vのべき指数nを1／K以下の値に設定することによって、ヨーレートゲインYgを車速Vの増大に対して減少させたり、車速Vの変化に対してヨーレートゲインYgが一定となるように、ヨーレートゲインYgの変化特性を任意に設定することができる。これにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が非線形に変化する目標転舵角δdで転舵制御される場合であっても、全車速域に渡り、旋回に伴うヨーレートゲインYgの増大を効果的に抑制することができ、運転者は、極めて容易に、車両の旋回制御を行うことができる。
【００５０】
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、最大操舵角計算部６１に供給される。最大操舵角計算部６１は、前記式１と同様な下記式１８に従って操舵ハンドル１１の最大操舵角θmax(V)を計算する。
θmax(V)＝θmax0・V0／Vn  …式１８
この場合も、前記式１８中のθmax0は予め設定された所定の基準操舵角の絶対値を表し、V0は予め設定された所定の車速である。また、前記式１８中のnも、前記式１と同様に、車速Vの任意のべき指数であり、n≦1／Kに設定されるパラメータである。
【００５１】
このように計算された最大操舵角θmax(V)は、変位−トルク変換部６２に供給される。変位−トルク変換部６１は、供給された最大操舵角θmax(V)を用いて、前記式２と同様な下記式１９に従って、操舵角θの関数である反力トルクTzを計算する。
Tz＝(Tmax／θmax(V))・θ  …式１９
ただし、前記式１９中のTmaxは、前記式２と同様に、実験によって予め決定される反力トルクの最大値である。なお、前記式１９中の操舵角θは、前記検出操舵角θの絶対値を表すものである。
【００５２】
このように、計算された反力トルクTzは、駆動制御部６３に供給される。駆動制御部６３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、このように変化する反力トルクTzと等しい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。
【００５３】
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、感覚適合制御部４０の最大操舵角計算部４１が、前記式１に従って、検出された車速Vとべき乗関係にある最大操舵角θmax(V)を計算する。これにより、運転者が操舵ハンドル１１に入力し得る操舵角θの操舵可能範囲を車速Vに応じて変更することができる。そして、この変更された操舵可能範囲内で入力された操舵ハンドル１１に対する操舵角θは、変位−トルク変換部４２により、前記式２に従って操舵トルクTdに変換される。この変換された操舵トルクTdは、トルク−横加速度変換部４３により、前記式４に従って操舵トルクTdとべき乗関係にある見込み横加速度Gdに変換される。そして、転舵角変換部４４は、前記式９に従い、見込み横加速度Gdに基づいて目標転舵角δdを計算する。
【００５４】
したがって、転舵制御部５０によって、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が目標転舵角δd（補正目標転舵角δda）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への操舵角θに対して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横加速度G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。
【００５５】
ところで、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が非線形に転舵された場合には、運転者による操舵ハンドル１１の操作に応じて旋回する車両に発生するヨーレートγの変化量を表すヨーレートゲインYgが、車速Vの変化に依存して変化する。そして、このようにヨーレートゲインYgが例えば増大すると、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。
【００５６】
これに対して、運転者による操舵ハンドル１１の操舵可能範囲は、最大操舵角θmax(V)が計算されることによって車速Vに対してべき乗関数的に変更される。そして、この操舵可能範囲内の操舵角θは、べき乗関係ある見込み横加速度Gdに変換される。ここで、前記式１中のべき指数nは、前記式４中のべき指数Kの逆数(1／K)以下の値に設定することにより、車速Vの変化に対する見込み横加速度Gdの変化特性を緩やかとすることができる。これにより、この見込み横加速度Gdを用いて計算した目標転舵角δdの車速Vに対する変化特性も緩やかとすることができる。
【００５７】
したがって、べき指数nを任意に設定することにより、前記式１５に示したヨーレートゲインYgの車速Vの変化に対する変化特性を、運転者が車両を容易に旋回させることができるように変更することが可能となる。このように、ヨーレートゲインYgの車速Vに対する変化特性を任意に変更できることにより、ヨーレートゲインYgの増大を効果的に抑制することができる。この結果、車両が急峻に旋回することが確実に防止され、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、運転者は、車両を簡単に運転することができる。
【００５８】
また、反力制御部６０においては、最大操舵角計算部６１が前記式１８に従って最大操舵角θmax(V)を計算し、変位−トルク変換部６２が前記式１９に従って操舵可能範囲内における適切な反力トルクTzを計算する。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、ヨーレートゲインYgの変化特性が変更された場合であっても、適切に操舵ハンドル１１を操作することができる。
【００５９】
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。
【００６０】
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、最大操舵角計算部７１は、下記式２０を用いて、車速センサ３３によって検出された車速Vに応じた操舵ハンドル１１の最大操舵角θmax(V)を計算する。
θmax(V)＝θmax0・Vn  …式２０
ここで、前記式２０中のθmax0は予め設定された所定の基準操舵角の絶対値を表し、V0は予め設定された所定の車速である。また、前記式２０中のnは車速Vの任意のべき指数であり、n≦1／Kに設定されるパラメータである。なお、べき指数nは、「１」よりも小さな値に設定されるとよい。そして、前記式２０によれば、最大操舵角θmax(V)は、車速Vに対してべき乗関数的に変化し、この最大操舵角θmax(V)によって操舵ハンドル１１を操作し得る操舵可能範囲が規定される。
【００６１】
このように計算された最大操舵角θmax(V)は、上記第１実施形態の変位−トルク変換部４２と同様に機能する変位−トルク変換部７２に供給される。変位−トルク変換部７２は、前記式２を用いて、操舵トルクTdを計算する。
【００６２】
また、この第２実施形態においては、上記第１実施形態のトルク−横加速度変換部４３に代えてトルク−ヨーレート変換部７３が設けられている。このトルク−ヨーレート変換部７３は、変位−トルク変換部７２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２１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２２に従って計算する。ここで、式２１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２２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２１と所定値Tgにて連続的に接続するものである。
γd＝a・Td  （｜Td｜＜Tg）  …式２１
γd＝C・TdK  （Tg≦｜Td｜）  …式２２
【００６３】
ただし、式２１中のaは一次関数の傾きを表す定数であり、式２２中のC，Kは，上記第１実施形態と同じく定数である。また、前記式２１，２２中の操舵トルクTdは前記式２を用いて計算された操舵トルクTdの絶対値を表しているものであり、前記計算した操舵トルクTdが正であれば定数a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aおよび定数Cを前記正の定数a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２１，２２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。
【００６４】
また、転舵角変換部７４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の目標転舵角δd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に対する目標転舵角δd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７４は、このテーブルを参照して、前記入力した見込みヨーレートγdと車速センサ３３から入力した検出車速Vに対応した目標転舵角δdを計算する。また、前記テーブルに記憶されているヨーレートγ（見込みヨーレートγd）と目標転舵角δdはいずれも正であるが、トルク−ヨーレート変換部７３から供給される見込みヨーレートγdが負であれば、出力される目標転舵角δdも負となる。
【００６５】
なお、下記式２３に示すように、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２３の演算の実行によって見込みヨーレートγdを発生させる目標転舵角δdを計算することができる。
δd＝Ｌ・(１＋Ａ・V2)・γd／V  …式２３
ただし、前記式２３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。
【００６６】
そして、この計算された目標転舵角δd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７３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２４の演算を実行して、入力した目標転舵角δdを補正して補正目標転舵角δdaを計算する。
δda＝δd＋H2・(γd−γ)  …式２４
ただし、係数H2は予め決められた正の定数であり、実ヨーレートγが見込みヨーレートγdに満たない場合には、補正目標転舵角δdaの絶対値が大きくなる側に補正される。また、実ヨーレートγが見込みヨーレートγdを超える場合には、補正目標転舵角δdaの絶対値が小さくなる側に補正される。この補正により、見込みヨーレートγdに必要な左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角δがより精度よく確保される。
【００６７】
そして、この第２実施形態においても、車両の旋回時におけるヨーレートゲインYgの変化特性は車速Vに応じて任意に設定することができる。このことを、以下に具体的に説明する。
【００６８】
見込みヨーレートγdで旋回する車両におけるヨーレートゲインYgは、下記式２５に従って計算することができる。
Yg＝γ／θ＝C・(Tmax／(θmax0・Vn)・θ)K／θ  …式２５
そして、前記式２５をさらに整理すると、ヨーレートゲインYgは下記式２６のように示すことができる。
Yg＝C・(Tmax／θmax0)K・θ(K−1)／V(n・K)  …式２６
【００６９】
ここで、前記式２６中のV(n・K)のべき指数nも、上記第１実施形態と同様に、1／K以下の値に設定される。この場合、例えば、nを1／Kに設定すると、ヨーレートゲインYgは下記式２７にように示すことができる。
Yg＝C・(Tmax／θmax0)K・θ(K−1)／V  …式２７
一方、nを1／K未満の値として、上記第１実施形態と同様に、1／(b・K)に設定した場合には、前記式２６に従って、ヨーレートゲインYgは下記式２８によって示すことができる。なお、bは、１よりも大きな値である。
Yg＝C・((Tmax／θmax0)K・θ(K−1)／V(1／b)  …式２８
【００７０】
このように、前記式２７，２８によれば、ヨーレートゲインYgは、検出車速Vと操舵角θとに依存して変化するものとなる。より具体的に説明すると、ヨーレートゲインYgは、車速依存性に関して、車速Vが小さくなるのに伴って大きな値に変化し、車速Vが大きくなるに伴って小さな値に変化する。また、操舵角依存性に関して、ヨーレートゲインYgは、操舵角θの減少に伴って小さな値に変化し、操舵角θの増大に伴ってある程度大きな値に変化する。
【００７１】
したがって、上記第１実施形態と同様に、操舵ハンドル１１の操舵可能範囲を、車速Vに応じて変化させる、すなわち、車速Vとべき乗関係にある最大操舵角θmax(V)によって規定することによって、見込みヨーレートγdで旋回するときのヨーレートゲインYgの増大を抑制することができる。より具体的には、車速Vのべき指数nを1／K以下の値に設定することによって、ヨーレートゲインYgを車速Vの増大に対して減少させるように、ヨーレートゲインYgの変化特性を任意に設定することができる。これにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が非線形に変化する目標転舵角δdで転舵制御される場合であっても、全車速域に渡り、旋回に伴うヨーレートゲインYgの増大を効果的に抑制することができ、運転者は、極めて容易に、車両の旋回制御を行うことができる。
【００７２】
また、この第２実施形態における反力制御部６０においては、最大操舵角計算部６４が、前記式２０と同様な下記式２９に従って操舵ハンドル１１の最大操舵角θmax(V)を計算する。
θmax(V)＝θmax0・Vn  …式２９
この場合も、前記式２９中のθmax0は予め設定された所定の基準操舵角の絶対値を表し、V0は予め設定された所定の車速である。また、前記式２９中のnも、前記式２０と同様に、車速Vの任意のべき指数であり、n≦1／Kに設定されるパラメータである。
【００７３】
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。
【００７４】
このように、第２実施形態においても、ヨーレートゲインYgの変化特性を車速Vに応じて任意に変更することができる。したがって、運転者は、容易に車両を旋回させることができて、簡単に運転することができる。さらに、その他の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。
【００７５】
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。
【００７６】
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、最大操舵角計算部７１は、前記式１と同様の下記式３０を用いて、車速センサ３３によって検出された車速Vとべき乗関係にある操舵ハンドル１１の最大操舵角θmax(V)を計算する。
θmax(V)＝θmax0・V0／Vn  …式３０
ただし、この第３実施形態においては、前記式３０中の車速Vのべき指数nは、n≦−(1／K)に設定されるパラメータである。そして、この第３実施形態においても、前記式３０によれば、最大操舵角θmax(V)は、車速Vに対してべき乗関数的に変化し、この最大操舵角θmax(V)によって操舵ハンドル１１を操作し得る操舵可能範囲が規定される。
【００７７】
このように計算された最大操舵角θmax(V)は、上記第１実施形態の変位−トルク変換部４２と同様に機能する変位−トルク変換部８２に供給される。変位−トルク変換部８２は、前記式２を用いて、操舵トルクTdを計算する。
【００７８】
また、この第３実施形態においては、上記第１実施形態のトルク−横加速度変換部４３に代えてトルク−旋回曲率変換部８３が設けられている。このトルク−旋回曲率変換部８３は、変位−トルク変換部８２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３１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３２に従って計算する。ここで、式３１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３２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３１と所定値Tgにて連続的に接続するものである。
ρd＝a・Td  （｜Td｜＜Tg）  …式３１
ρd＝C・TdK  （Tg≦｜Td｜）  …式３２
【００７９】
ただし、式３１中のaは一次関数の傾きを表す定数であり、式３２中のC，K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３１，３２中の操舵トルクTdは前記式２を用いて計算した操舵トルクTdの絶対値を表しているものであり、前記計算した操舵トルクTdが正であれば定数a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aおよび定数Cを前記正の定数a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３１，３２の演算に代えて、操舵トルクTdに対する見込み旋回曲率ρdを記憶した図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。
【００８０】
また、転舵角変換部８４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の目標転舵角δd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に対する目標転舵角δd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８４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とに対応した目標転舵角δdを計算する。また、前記テーブルに記憶されている旋回曲率ρ（見込み旋回曲率ρd）と目標転舵角δdはいずれも正であるが、トルク−旋回曲率変換部８３から供給される見込み旋回曲率ρdが負であれば、出力される目標転舵角δdも負となる。
【００８１】
なお、目標転舵角δdは下記式３３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３３の演算の実行によっても計算することができる。
δd＝Ｌ・(１＋Ａ・V2)・ρd  …式３３
ただし、前記式３２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。
【００８２】
この計算された目標転舵角δd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８３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３３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３４
【００８３】
そして、転舵角補正部５４は、下記式３４の演算を実行して、入力した目標転舵角δdを補正して補正目標転舵角δdaを計算する。
δda＝δd＋H3・(ρd−ρ)  …式３５
ただし、係数H3は予め決められた正の定数であり、実旋回曲率ρが見込み旋回曲率ρに満たない場合には、補正目標転舵角δdaの絶対値が大きくなる側に補正される。また、実旋回局率ρが見込み旋回曲率ρdを超える場合には、補正目標転舵角δdaの絶対値が小さく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。
【００８４】
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。
【００８５】
そして、この第３実施形態においても、車両の旋回時におけるヨーレートゲインYgの変化特性は車速Vに応じて任意に設定することができる。このことを、以下に具体的に説明する。
【００８６】
ヨーレートγは、前記式３４に基づき、旋回曲率ρと車速Vとを用いた下記式３６によって表すことができる。
γ＝ρ・V  …式３６
そして、この式３６の旋回曲率ρに対して、前記式３２によって表される見込み旋回曲率ρdを代入するとともに、前記式３０および前記式２を用いて式を整理すると、見込み旋回曲率ρdに対応するヨーレートγは、下記式３７によって表すことができる。
γ＝ρd・V＝C・((Tmax／(θmax0・V0))・θ・Vn)K・V  …式３７
【００８７】
これにより、見込み旋回曲率ρdで旋回する車両におけるヨーレートゲインYgは、前記式３７の両辺を操舵角θで除した下記式３８に従って計算することができる。
Yg＝γ／θ＝C・((Tmax／(θmax0・V0))・θ・Vn)K・V／θ  …式３８
そして、前記式３８をさらに整理すると、ヨーレートゲインYgは下記式３９のように示すことができる。
Yg＝C・((Tmax／(θmax0・V0))K・θ(K−1)・V(n・K＋1)  …式３９
【００８８】
ここで、前記式３９中のV(n・K＋1)のべき指数nは、−(1／K)以下の値に設定される。この場合、例えば、nを−(1／K)に設定すると、ヨーレートゲインYgは下記式４０にように示すことができる。
Yg＝C・(Tmax／θmax0)K・θ(K−1)  …式４０
前記式４０によれば、検出車速Vの変化に依存する項がなくなり、ヨーレートゲインYgは、操舵角θの変化にのみ依存して変化するものとなる。より具体的に説明すると、ヨーレートゲインYgは、車速依存性に関して車速Vの変化に対して一定の値で変化する。また、操舵角依存性に関して、ヨーレートゲインYgは、操舵角θの減少に伴って小さな値に変化し、操舵角θの増大に伴ってある程度大きな値に変化する。
【００８９】
一方、nを−(1／K)未満の値として−(b／K)に設定した場合には、前記式３９に従って、ヨーレートゲインYgは下記式４１によって示すことができる。なお、bは、１よりも大きな値である。
Yg＝C・((Tmax／(θmax0・V0))K・θ(K−1)／V(b−1)  …式４１
前記式４１によれば、ヨーレートゲインYgは、検出車速Vと操舵角θとに依存して変化するものとなる。より具体的に説明すると、ヨーレートゲインYgは、車速依存性に関して、車速Vが小さくなるのに伴ってある程度大きな値に変化し、車速Vが大きくなるに伴って小さな値に変化する。また、操舵角依存性に関して、ヨーレートゲインYgは、操舵角θの減少に伴って小さな値に変化し、操舵角θの増大に伴ってある程度大きな値に変化する。
【００９０】
このように、第３実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、ヨーレートゲインYgの変化特性を車速Vに応じて任意に変更することができる。したがって、運転者は、容易に車両を旋回させることができて、簡単に運転することができる。さらに、その他の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。
【００９１】
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。
【００９２】
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４２は設けられておらず、トルク−横加速度変換部４３が、上記第１実施形態における変位−トルク変換部４２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。
【００９３】
この変形例によれば、最大操舵角計算部４１によって計算された操作可能範囲内で検出された操舵トルクTがトルク−横加速度変換部４３によって見込み横加速度Gdに変換され、転舵角変換部４４、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δda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４２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。
【００９４】
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４２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４３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。
【００９５】
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。
【００９６】
例えば、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。
【００９７】
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。
【００９８】
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】
【００９９】
【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】操舵トルクと見込み横加速度の関係を示すグラフである。
【図４】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５】車速の変化に対するヨーレートゲインの変化特性であって、車速Vのべき指数nが1／Kに設定された場合の変化特性を示すグラフである。
【図６】車速の変化に対するヨーレートゲインの変化特性であって、車速Vのべき指数nが1／K未満に設定された場合の変化特性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。
【符号の説明】
【０１００】
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…最大操舵角計算部、４２，７２，８２…変位−トルク変換部、４３…トルク−横加速度変換部、４４，７４，８４…転舵角変換部、７３…トルク−ヨーレート変換部、８３…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、６１，６４…最大操舵角計算部、６２…変位−トルク変換部。
【図１】
2007313962.tif 000003
【図２】
2007313962.tif 000004
【図３】
2007313962.tif 000005
【図４】
2007313962.tif 000006
【図５】
2007313962.tif 000007
【図６】
2007313962.tif 000008
【図７】
2007313962.tif 000009
【図８】
2007313962.tif 000010
【図９】
2007313962.tif 000011
【図１０】
2007313962.tif 000012
【図１１】
2007313962.tif 000013
【図１２】
2007313962.tif 000014