JP2005212689A - 車両の操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡略化した構成によって運転者の運転操作状態を確実に検出して状態悪化を警告する車両の操舵装置を提供すること。
【解決手段】 電子制御ユニット３５は、操舵トルクセンサ３８から取得した操舵トルクTに基づいて、微小時間当たりの微小な操舵トルクの変化量ΔTsを算出する。そして、算出した変化量ΔTsと、所定の定数k、ウェーバー比Ktおよび現時点における操舵トルクTの乗算によって得られる許容値とを比較することによって、運転者の運転操作状態を判定する。この判定により、変化量ΔTsが許容値よりも大きければ、運転者の運転操作状態が不良すなわち運転姿勢の悪化や覚醒度の低下が生じていると判断する。そして、電子制御ユニット３５は、運転者の運転操作状態の不良が所定回数連続して検出すると、操舵ハンドル１１を振動させて、運転者に警告を報知する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、車両を操舵するために運転者によって操作される操舵ハンドルと、同操舵ハンドル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。

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。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なっている。
特開２０００−８５６０４号公報

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転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、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なっている。
特開平１１−１２４０４７号公報

しかしながら、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の応答性としては、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。

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。

また、上記従来の装置においては、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。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、車両の運転を難しくしていた。

また、下記特許文献３には、運転者の覚醒度すなわち運転者の眠気を判断して、適切な操舵支援を行う車両用操舵支援装置が示されている。この車両用操舵支援装置は、車両に搭載したＣＣＤ(Charge Coupled Device)カメラによる撮影画像やヨー角センサの検出値に基づいて車両が略直進していると判定すると、運転者の覚醒度を判断するための操舵の中心周波数foを算出するとともに、現在の操舵の中心周波数fを算出する。そして、算出した中心周波数foと中心周波数fとの差分に基づいて、覚醒度を推定する。このように、この推定した覚醒度が運転操作に十分でない（覚醒度が低い）と判断したときには、ステアリングアクチュエータによってステアリングホイール（操舵ハンドル）に回転トルクを付与し、車両が車線内を安全に走行するように運転者の操舵を支援するようになっている。
特開２００１−１５１１３７号公報

上記従来の車両操舵支援装置においては、ＣＣＤカメラやヨー角センサの出力に基づいて算出した中心周波数foと現在の中心周波数fとの差分値から覚醒度を推定する。しかしながら、このように覚醒度を推定することにより、運転者の覚醒度が運転操作に十分な状態（覚醒度が高い状態）であっても、運転者の意思に反して操舵ハンドルに回転トルクが付与される場合がある。すなわち、運転者が、覚醒度の高い状態で、例えば、道路上に存在する障害物を回避するために中心周波数fで操舵ハンドルを操舵したときには、算出した中心周波数foとの差分値に基づいて覚醒度が低いと推定されて、自動的に操舵ハンドルに回転トルクが付与される。この場合には、運転者の意思に反して回転トルクが操舵ハンドルに付与されるため、運転者は違和感を覚える場合がある。

また、上記従来の車両用操舵支援装置においては、車両に別途搭載したＣＣＤカメラやヨー角センサからの出力に基づいて運転者の覚醒度を判断することができるものの、高価なＣＣＤカメラやヨー角センサを搭載することによる車両製造コストの増大やこれら装置やセンサを制御するためにシステムが複雑化するなどの問題がある。このため、車両に既に搭載されている他の装置やセンサを利用することによって車両製造コストの低減や制御システムの簡略化を達成して、運転者の運転姿勢や覚醒度などの運転者の運転操作状態を確実に検出することが望まれている。

本発明者等は、上記問題に対処するために、運転者による操舵ハンドルの操作に対して、人間の知覚特性に合わせて車両を操舵することができる車両の操舵装置の研究に取り組んだ。このような人間の知覚特性に関し、ウェーバー・ヘフナー（Weber-Fechner）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いわれている。言い換えれば、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。本発明者等は、このウェーバー・ヘフナーの法則を車両の操舵装置に適用し、次のようなことを発見した。

車両の運転にあたっては、操舵ハンドルの操作によって車両は旋回し、この車両の旋回によって横加速度、ヨーレート、旋回曲率などの車両の運動状態量が変化し、運転者はこの車両の運動状態量を触覚および視覚により感じ取るものである。したがって、前記操舵ハンドルに対する運転者の操作に対して、運転者が知覚し得る車両の運動状態量を指数関数的またはべき乗関数的に変化させるようにすれば、運転者の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運転操作できることになる。

本発明の目的は、簡略化した構成によって運転者の運転操作状態を確実に検出して状態悪化を警告するとともに、上記発見に基づき、運転者による操舵ハンドルの操作に対して、人間の知覚特性に合わせて車両を操舵させることにより、車両の運転をやさしくする車両の操舵装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、車両を転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転舵装置において、前記操舵ハンドルに対する運転者の微小な操作量を検出する微小操作量検出手段と、前記微小操作量検出手段によって検出した前記微小な操作量と所定の許容値とを比較することにより前記運転者の運転操作状態の変化を検出する運転者状態検出手段と、前記運転者状態検出手段によって検出した運転者の運転操作状態に応じて前記運転者に警告を報知する警告報知手段とを備えたことにある。この場合、前記微小操作量検出手段が、前記操舵ハンドルに付与される微小な操作力を検出する操作力センサで構成されており、前記運転者状態検出手段は、前記検出された微小な操作力が所定の許容操作力よりも大きいか否かを判定することにより前記運転者の運転操作状態の変化を検出するとよい。また、この場合、さらに、車両の車速を検出する車速検出手段を備え、前記運転者状態検出手段は、前記車速検出手段によって検出した車速が所定の車速よりも大きいときに、前記運転者の運転操作状態の変化を検出するとよい。

これらによれば、車両に搭載された他の装置によって汎用的に用いられている操舵ハンドルの操作力センサ（例えば、操舵トルクセンサ）を利用することにより、運転者の微小な操作量（操作力）を検出することができる。そして、操作力センサによって検出された微小な操作量と所定の許容値との比較に基づいて、運転者の運転操作状態の変化（特に、運転操作状態の悪化）を検出することができる。ここで、所定の許容値は、人間の操作量に関する特性値を含んで運転者の運転操作状態（例えば、運転姿勢や覚醒度）の悪化を検出するための許容値であって、例えば、運転者の運転操作状態が悪化したときに計測される微小な操作量に基づいて予め実験的に決定することができる。また、運転者の運転操作状態の検出にあたり、車速検出手段（例えば、車速センサ）によって検出した車両の車速の大きさに応じて、具体的には、検出した車速が所定の車速よりも大きいときに、運転者の運転操作状態を検出するようにすることができる。これにより、特に、運転者の良好な運転操作状態が要求される高速走行状態において、重点的に運転者の運転操作状態の変化を検出することができる。そして、運転者の運転状態が変化（特に、悪化）した場合には、警告報知手段（例えば、操舵ハンドルの振動や警告音など）によって運転者に適切に警告することができる。

このように、車両に搭載された他の装置によっても利用される汎用の操作力センサや車速検出手段を用いることにより、別途高価な装置を車両に搭載する必要がなく、車両の製造コストの増大を防止ことができるとともに、運転者の運転操作状態の変化を確実に検出することができる。また、別途装置を車両に搭載することがないため、車両に別途制御システムを構築する必要がなく、車両全体のシステムを簡略化することができる。

また、本発明の他の特徴は、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操作入力値を検出する操作入力値検出手段と、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前記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、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もある。この場合、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よい。また、この場合、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するとよい。さらに、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。

これらによれば、まず、操舵ハンドルに対する運転者の操作入力値が、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）に変換される。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転舵角が計算されて、この計算された転舵角に転舵輪が転舵される。したがって、転舵輪の転舵によっ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、本発明によれば、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。

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、本実施形態に係る車両の操舵装置を概略的に示している。

この操舵装置は、転舵輪としての左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するために、運転者によって回動操作される操作部としての操舵ハンドル１１を備えている。操舵ハンドル１１は操舵入力軸１２の上端に固定され、操舵入力軸１２の下端は電動モータおよび減速機構からなる反力アクチュエータ１３に接続されている。反力アクチュエータ１３は、運転者の操舵ハンドル１１の回動操作に対して反力を付与する。

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を軸線方向に変位させて、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。

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。

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、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で表し、右方向の加速度を負で表す。

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。そして、ＲＯＭには、後述する異常報知プログラムが予め記憶されており、電子制御ユニット３５（詳しくは、ＣＰＵ）は、同プログラムの各ステップを実行して、運転者の運転操作状態変化すなわち運転姿勢の悪化や覚醒度の低下などを検出し、運転者に対して警告を報知する。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。

また、電子制御ユニット３５には、操舵トルクセンサ３８も接続されている。操舵トルクセンサ３８は、操舵入力軸１２に組み付けられていて、操舵ハンドル１１に付与された操舵トルクT、特に、運転者の操舵に伴う微小な操舵トルク変化（操舵トルク微調整量）を検出して出力する。

次に、上記のように構成した本実施形態の転舵装置に関し、まず、同装置の転舵動作について、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への反力付与を制御するための反力制御部４０と、操舵ハンドル１１の回動操作に基づいて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５０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６０からなる。

運転者によって操舵ハンドル１１が回動操作されると、操舵角センサ３１によって操舵ハンドル１１の回転角である操舵角θが検出されて、同検出された操舵角θを反力制御部４０および感覚適合制御部５０にそれぞれ出力する。反力制御部４０においては、変位−トルク変換部４１が、下記式１を用いて、操舵角θの指数関数である反力トルクTzを計算する。
Tz＝To・exp(K1・θ) …式１
ただし、前記式１中のTo，K1は定数であり、これらの値に関しては後述する感覚適合制御部５０の説明時に詳しく説明する。また、前記式１中の操舵角θは前記検出操舵角θの絶対値を表しているものとし、検出操舵角θが正であれば定数Toを負の値とするとともに、検出操舵角θが負であれば定数Toを前記負の定数Toと同じ絶対値を有する正の値とする。ここで、前記式１の演算に代えて、操舵角θに対する反力トルクTzを記憶した図３に示すような特性の変換テーブルを用いて、反力トルクTzを計算することも可能である。

この計算された反力トルクTzは、駆動制御部４２に供給される。駆動制御部４２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、この操舵角θに対して指数関数的に変化する反力トルクTzを感じながら、言い換えればこの反力トルクTzに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。この操舵角θと反力トルクTzの関係も上述したウェーバー・ヘフナーの法則に従うものであり、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。

一方、感覚適合制御部５０に入力された操舵角θは、変位−トルク変換部５１にて前記式１と同様な下記式２に従って操舵トルクTdを計算する。
Td＝To・exp(K1・θ) …式２
この場合も、前記式２中のTo，K1は、前記式１と同様な定数である。ただし、前記式２中の操舵角θは前記検出操舵角θの絶対値を表しているものであるが、検出操舵角θが正であれば定数Toを正の値とするとともに、検出操舵角θが負であれば定数Toを前記正の定数Toと同じ絶対値を有する負の値とする。ここで、この場合も、前記式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。

この計算された操舵トルクTdは、トルク−横加速度変換部５２に供給される。トルク−横加速度変換部５２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の絶対値が正の小さな所定値To未満であれば下記式３のように「０」とし、操舵トルクTdの絶対値が正の小さな所定値To以上であれば下記式４に従って操舵トルクTdのべき乗関数である見込み横加速度Gdを計算する。
Gd＝0 (｜Td｜＜To) …式３
Gd＝C・Td^K2 (To≦｜Td｜) …式４
ただし、式４中のC，K2は定数である。また、前記式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Cを正の値とするとともに、前記計算した操舵トルクTdが負であれば定数Cを前記正の定数Cと同じ絶対値を有する負の値とする。なお、この場合も、前記式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、操舵トルクTdを計算するようにしてもよい。

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・To^K2・exp(K1・K2・θ)＝Go・exp(K1・K2・θ)…式５
前記式５において、Goは定数C・To^K2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、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。

このように、前記式４（すなわち式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、人間の知覚特定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、これからも、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わかる。
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。

また、前記式３に示されるように、操舵トルクTdが所定値To未満である場合、見込み横加速度Gdは「０」に保たれている。これは、操舵角θが「０」のとき、すなわち操舵ハンドル１１が中立位置に保たれる場合でも、前記式２の演算により、操舵トルクTdは正の所定値Toになり、この操舵トルクTd（＝To）を前記式４の演算に適用してしまうと、見込み横加速度Gdは正の値C・To^K2になって、これは現実的でない。しかしながら、前述のように、操舵トルクTdが所定値To未満であれば、見込み横加速度Gdは「０」であるので、この問題は解決される。

また、この場合、運転者が知覚し得る最小操舵トルクを前記所定値Toとし、運転者が知覚し得る最小感知横加速度をGoとし、かつ所定値ToがGo＝C・To^K2の関係になるようにすれば、操舵トルクTdが所定値Toになるまで、すなわち運転者が操舵ハンドル１１の操作によって車両が旋回して運転者が車両に発生する横加速度を感じるまで、車両の見込み横加速度Gdが「０」に保たれる。これによれば、最小操舵トルクTo以上で操舵ハンドル１１を操舵したときのみ、見込み横加速度Gdを発生させるために必要な転舵角だけ左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は転舵制御され、この転舵制御が車両の操舵に的確に対応したものとなる。

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２〜６の操舵トルクTdおよび見込み横加速度Gdについては、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、車両の運転履歴などの異なる種々の人間に対して行った。

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み付け、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作トルクを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（被験者）に対して計測した。この実験結果によれば、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、ウェーバー比ΔT／Tはほぼ一定の０．０３程度であった。ここで、このウェーバー比の計測は、被験者が最も操舵しやすい良好は運転姿勢を維持するとともに、そのときの覚醒度が高い状態で行った。

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み付け、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方を接触させ、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運転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ΔFとしたときの比の値ΔF／Fすなわちウェーバー比を種々の人間（被験者）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、ウェーバー比ΔF／Fはほぼ一定の０．０９程度の値であった。

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

また、最大操舵トルクをTmaxとすれば、前記式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、θmaxは操舵角の最大値であり、Tmaxは操舵トルクの最大値であり、Toは前記したように人間が知覚し得る最小操舵トルクに対応するものであり、これらの値Kt，θmax，Tmax，Toはいずれも実験およびシステムによって決定される定数であるので、前記微分値Δθを前記式１１を用いて計算できる。そして、この微分値Δθをウェーバー比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。

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・T^K2-1ΔT＝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。

また、横加速度の最大値をGmaxとし、操舵トルクの最大値をTmaxとすれば、前記式４から下記式１５が導かれる。
C＝Gmax／Tmax^K2 …式１５
そして、この式１５においては、GmaxおよびTmaxは実験およびシステムによって決定される定数であり、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。

以上のように、操舵角θの最大値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、実験およびシステムによって決定すれば、前記式１〜５における係数K1，K2，Cを予め計算により決定しておくことができる。したがって、変位−トルク変換部４１，５１およびトルク−横加速度変換部５２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反力トルクTz、操舵トルクTdおよび見込み横加速度Gdを計算できる。

ふたたび、図２の説明に戻ると、トルク−横加速度変換部５２にて計算された見込み横加速度Gdは、転舵角変換部５３に供給される。転舵角変換部５３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５３は、このテーブルを参照して、前記入力した見込み横加速度Gdと車速センサ３３から入力した検出車速Vとに対応した目標転舵角δd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）と目標転舵角δdはいずれも正であるが、転舵角変換部５３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。

なお、目標転舵角δd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。
δd＝L・(1＋A・V²)・Gd／V² …式１６
ただし、前記式１６中のLは車両のホイールベースを示す予め決められた所定値（例えば、２．６７ｍ）であり、Aは予め決められた所定値（例えば、０．００１８７）である。

この計算された目標転舵角δdは、転舵制御部６０の転舵角補正部６１に供給される。転舵角補正部６１は、トルク−横加速度変換部５２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１７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＋K3・(Gd−G) …式１７
ただし、係数K3は予め決められた正の定数であり、これにより実横加速度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の目標転舵角δdがより精度よく確保される。

この計算された補正目標転舵角δdaは、駆動制御部６２に供給される。駆動制御部６２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６２は、駆動回路３７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。

次に、上記したように運転者の操舵ハンドル１１に入力した操舵角θに対し、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が補正目標転舵角δdaに転舵制御されている状態において、電子制御ユニット３５は、運転者の運転操作状態すなわち運転姿勢の良否や覚醒度の高低を判定するとともに、運転者の運転操作状態が悪化した場合に運転者に対して警告を報知する警告報知プログラムを所定の短時間ごとに繰り返し実行する。以下、この警告報知プログラムを、図６に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。

この警告報知プログラムは、図示しないイグニッションスイッチがオン状態とされると、ステップＳ１０にてその実行が開始される。そして、ステップＳ１１にて、電子制御ユニット３５は、車速センサ３３から供給された車速Vが所定の車速Voｋｍ／ｈよりも大きいか否かを判定する。この所定の車速Voは、ステップＳ１１においては運転者の運転操作状態の検出を開始するか否かを判断するためのしきい値であり、後述するステップＳ２０においては運転者の運転操作状態の検出を継続するか否かを判断するためのしきい値である。そして、電子制御ユニット３５は、車速Vが所定の車速Voｋｍ／ｈよりも大きくなるまで、「Ｎｏ」判定に基づきステップＳ１１を繰り返し実行し、車速Vが所定の車速Voｋｍ／ｈよりも大きくなると、「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２においては、電子制御ユニット３５は、運転者の運転操作状態不良すなわち運転姿勢の悪化した状態や覚醒度の低い状態で、運転者が操舵ハンドル１１を操舵した連続回数を表すcount値を初期化して”０”に設定し、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３においては、電子制御ユニット３５は、操舵トルクセンサ３８によって検出された操舵トルクTに基づいて、操舵トルクTの微小な変化量ΔTsを計算する。以下、この変化量ΔTsの計算について詳細に説明する。

まず、所定の車速Voよりも大きな高速走行時における運転者の操舵トルクTの時系列データT(t)は、図７（ａ）にて概略的に示すような傾向になると考えられる。すなわち、図７（ａ）に示すように、高速走行時では、車両が直進状態であっても旋回状態であっても、運転者は操舵トルクTをある操舵トルク値の近傍で微調整して車両の姿勢を維持しようとする。このため、操舵トルクTは、階段状に変化すると考えられる。これにより、運転者が意図的に操舵したときは、操舵トルクTの時間変化量T’(t)の絶対値は大きな値となる。一方、運転者が意図的に操舵しないときは、操舵トルクTはほぼ一定となるため、操舵トルクTの時間変化量T’(t)の絶対値はほぼ”０”となる。

この時系列データT(t)の傾向に基づき、電子制御ユニット３５は操舵トルクTの変化量ΔTsを以下に示すように計算する。具体的に説明すると、操舵トルクセンサ３８から供給される操舵トルクTの時系列データT(t)は、実際には離散データとなるので、電子制御ユニット３５は、時系列データT(t)と時系列データT(t−1)との差によって時間変化量T’(t)に相当する操舵トルクTの時間変化量を計算する。次に、時系列データT(t)と時系列データT(t−1)との差の絶対値（以下、この差の絶対値をS(t)という）が所定の判定しきい値hよりも大きいか否かを比較する。この比較により、S(t)が所定の判定しきい値hよりも大きければS(t)＝”１”に設定し、S(t)が所定の判定しきい値hよりも小さければS(t)＝”０”に設定する。そして、S(t)＝”０”に設定した時刻tにおける操舵トルクT(t)を図示しないＲＡＭに一時的に記憶する。このような計算処理を所定の短周期にて繰り返し行ことにより、今回のプログラム実行時に記憶した操舵トルクT(t)と、前回のプログラム実行時に記憶した操舵トルクT(t−1)との差分から変化量ΔTsを算出することができる。

一方、本発明の発明者等は、上記した変化量ΔTsの算出によって、運転者の意図的な操舵トルク変化量を検出可能か否かを確認するための実験を行った。以下に、この確認実験の結果について詳細に説明する。この確認実験においては、車両の操舵ハンドルを基準となる所定のトルク（基準トルク）で保持した状態とし、運転者が知覚し得る最小の操舵トルク変化にて操舵ハンドルを操舵するとともに操舵トルクの変化を知覚した後直ちに元の基準トルクまで操舵トルクを減ずる動作をしたときの操舵トルク変化を計測した。この確認実験により計測された操舵トルク変化を時系列データとして表すと図７（ｂ）のようになる。この時系列データに対して、操舵トルクTの変化量ΔTsが小さいとき、すなわち、S(t)＝”０”に設定したときの操舵トルクTのみを選択しプロットして表すと、図７（ｃ）のようになる。

図７（ｃ）に示すように、運転者が意図的に操舵ハンドルを操舵して操舵トルクTの変化量ΔTsが大きいとき、すなわち、S(t)＝”１”に設定したときの操舵トルクTを選択しないようにすることにより、運転者の意図的な操舵ハンドルの操舵を確実に検出することができる。言い換えれば、運転者の覚醒度が高い状態における操舵ハンドルの操舵を検出することにより、運転者の覚醒度が低い状態における操舵ハンドルの操舵を確実に検出することができる。これにより、電子制御ユニット３５は、S(t)を”０”に設定するごとにそのときの操舵トルクTの値と、前回S(t)を”０”に設定したときの操舵トルクTとの差を随時算出することにより、運転者の覚醒度が低い状態における変化量ΔTsを算出することができる。ここで、上記した変化量ΔTsの算出においては、図７（ｃ）に示すように、運転者が操舵トルクTを一定に保っている場合であっても、例えば、運転者の無意識な手の震えなどによって生じた操舵トルクTの変化も変化量ΔTsとして算出する可能性がある。このことについては、後述する警告報知プログラムのステップＳ１４の判定処理によって排除することができるため、問題となることはない。

なお、上記した変化量ΔTsの算出において、より正確に変化量ΔTsを算出するために、運転者の操舵動作の速さ（操舵トルク速度）に応じた操舵トルクTのサンプリング周期および判定しきい値hを適切に決定しておくとよい。また、変化量ΔTsを、操舵トルクセンサ３８からの出力データ（アナログ値）をＡＤ変換した後のデジタル値によって表される操舵トルクTの差分から算出するため、ＬＳＢ(Least Significant Bit：最下位ビット)を十分に小さくするとよい。さらに、操舵トルクTの時系列データT(t)を平滑化するために、ＬＰＦ(Low Pass Filter：ローパスフィルタ)を備えるとよい。これらによっても、より正確な変化量ΔTsを算出することができる。

ふたたび、図６のフローチャートに戻り、ステップＳ１３の変化量ΔTs算出処理後、ステップＳ１４にて、電子制御ユニット３５は、運転者によって操舵ハンドル１１が操舵されたか否かを判定する。すなわち、電子制御ユニット３５は、変化量ΔTsと、操舵トルクに関するウェーバー比Ktおよび現時点における操舵トルクTの乗算によって得られるしきい値とを比較することによって、運転者の操舵ハンドル１１の操舵を判定する。

具体的に説明すると、変化量ΔTsが現時点の操舵トルクTにウェーバー比を乗算したしきい値以上であることは、運転者が変化を知覚し得る最小の操舵トルク変化量ΔTよりも大きな変化量ΔTsによって操舵ハンドル１１を操舵している状態である。言い換えると、運転者は知覚し得る操舵トルクによって、操舵ハンドル１１を操舵している状態である。したがって、電子制御ユニット３５は、変化量ΔTsがしきい値以上であれば、運転者が操舵ハンドル１１を操舵したと判断し、「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１５に進む。一方、変化量ΔTsがしきい値よりも小さいことは、運転者が変化を知覚し得る最小の操舵トルク変化量ΔTよりも小さな操舵トルクによって操舵ハンドル１１を操舵している状態である。このように、変化量ΔTsが操舵トルク変化量ΔTよりも小さい場合には、運転者が知覚し得ない操舵トルク、例えば、無意識な手の震えなどによって操舵ハンドル１１が操舵されていて、運転者が積極的に操舵ハンドル１１を操舵していない。したがって、電子制御ユニット３５は、運転者が操舵ハンドル１１を操舵していないと判断し、「Ｎｏ」と判定してステップＳ２０に進む。

ステップＳ１５においては、電子制御ユニット３５は、運転者の運転操作状態すなわち運転姿勢・覚醒度が悪化しているか否かを判定する。すなわち、変化量ΔTsと、所定の定数k、ウェーバー比Ktおよび現時点における操舵トルクTの乗算によって得られる許容値とを比較することによって、運転者の運転操作状態を判定する。ここで、所定の定数kは、運転者の運転操作状態不良を判定するために予め実験的に決定された定数である。

具体的に説明すると、変化量ΔTsが所定の定数k、ウェーバー比Ktおよび現時点における操舵トルクTとの乗算によって得られる許容値よりも大きい場合には、運転者の良好な運転操作状態における操舵トルクTに比して、例えば、運転姿勢の悪化に伴って操舵ハンドル１１に過度の操舵トルクTを付与している状態や、覚醒度が低く無意識のうちに操舵ハンドル１１に過度の操舵トルクTを付与している状態と判断することができる。したがって、電子制御ユニット３５は、変化量ΔTsが許容値よりも大きければ、運転者の運転操作状態不良すなわち運転姿勢の悪化や覚醒度の低下が生じていると判断し、「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１６に進む。ステップＳ１６においては、電子制御ユニット３５は、運転者が状態不良にて操舵ハンドル１１を操舵した連続回数を表すcount値に”１”を加算してステップＳ１８に進む。

ここで、車両の走行状態が直進状態から旋回状態、または、旋回状態から直進状態に変化するときには、運転者の運転姿勢の悪化や覚醒度の低下が生じていなくても、変化量ΔTsが許容値よりも大きくなり、電子制御ユニット３５がステップＳ１５にて「Ｙｅｓ」と判定する場合がある。しかしながら、車両の走行状態を変化させる場合において、変化量ΔTsが許容値よりも大きくなる操舵ハンドル１１の操舵は、走行状態の変化開始直後１〜２回程度の操舵のみである。そして、車両の走行状態の変化後は、車両の進行方向を維持するための微小な操舵となる。このため、車両の走行状態変化に伴って電子制御ユニット３５がステップＳ１５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１６にてcount値に”１”を加算処理した場合であっても、後述するステップＳ１８の連続回数しきい値nを適宜設定することにより、運転者にとって無用な警告報知を排除することができる。

一方、前記ステップＳ１５にて、変化量ΔTsが許容値以下であれば、電子制御ユニット３５は、運転者の運転姿勢や覚醒度に問題がないと判断し、「Ｎｏ」と判定してステップＳ１７に進む。ステップＳ１７においては、電子制御ユニット３５は、count値を初期化して”０”に設定する。これは、ステップＳ１５にて、運転者の運転姿勢や覚醒度に問題がないと判断することにより、例えば、前回までのプログラム実行時においては運転者の運転姿勢や覚醒度に不良が生じていたが、今回のプログラム実行時において運転者の運転姿勢や覚醒度が是正されている場合がある。このような場合には、count値を初期化して”０”としておく必要があるからである。そして、電子制御ユニット３５は、ステップＳ１７の初期化処理後、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ１８においては、電子制御ユニット３５は、count値が連続回数しきい値nよりも大きいか否かを判定する。この連続回数しきい値nは、運転者に対して運転姿勢の悪化や覚醒度の低下を警告するか否かを判断するための値である。なお、この連続回数しきい値nは、運転者の運転操作状態に応じて適宜変更可能であることはいうまでもない。電子制御ユニット３５は、count値が連続回数しきい値nよりも大きければ、「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１９に進む。一方、count値が連続回数しきい値n以下であれば、電子制御ユニット３５は「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ１９においては、電子制御ユニット３５は、運転者に対して運転姿勢の悪化や覚醒度の低下を警告する。具体的に説明すると、電子制御ユニット３５は、駆動回路３６を介して反力アクチュエータ１３を駆動させ、操舵ハンドル１１を所定時間（または所定回数）振動させる。このように、操舵ハンドル１１を振動させることにより、運転者は電子制御ユニット３５からの警告を認識することができて、運転姿勢や覚醒度を是正することができる。ここで、本実施形態においては、ステアバイワイヤ方式を採用しているため、操舵ハンドル１１を例えば回動方向へ振動させても、車両の進行方向が変化することはない。また、本実施形態においては、操舵ハンドル１１を振動させることにより、運転者に対する警告を報知するように実施したが、例えば、車両に搭載された図示しないスピーカからの音声によって警告を報知したり、運転者が着座しているシートを振動させて警告を報知することも可能である。このように、電子制御ユニット３５は、運転者に対して警告を報知すると、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０においては、電子制御ユニット３５は、前記ステップＳ１１と同様に、車速センサ３３から供給された車速Vが所定の車速Voｋｍ／ｈよりも大きいか否かを判定する。この判定の実行により、車速Vが所定の車速Voｋｍ／ｈよりも大きければ、電子制御ユニット３５は「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１３以降の処理を実行する。これは、車両が所定の車速Voｋｍ／ｈよりも大きな高速走行状態を維持しているため、運転者の運転操作状態の検出を継続する必要があるためである。一方、車速Vが所定の車速Voｋｍ／ｈ以下であれば、電子制御ユニット３５は「Ｎｏ」と判定してステップＳ１１に戻り、車速Vが所定の車速Voｋｍ／ｈよりも大きくなるまで、「Ｎｏ」判定に基づきステップＳ１１を繰り返し実行する。そして、車速Vが所定の車速Voｋｍ／ｈよりも大きくなると、「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１２以降の処理を実行する。

上記作動説明から理解できるように、本実施形態によれば、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角θは変位−トルク変換部５１によって操舵トルクTdに変換されるとともに、同変換された操舵トルクTdはトルク−横加速度変換部５２によって見込み横加速度Gdに変換され、転舵角変換部５３、転舵角補正部６１および駆動制御部６２により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は見込み横加速度Gdの発生に必要な補正目標転舵角δdaに転舵される。

この場合、操舵トルクTdは、反力トルクTzと等しいため、反力アクチュエータ１３の作用によって運転者が操舵ハンドル１１から知覚し得る物理量であるとともに、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、運転者はウェーバー・ヘフナーの法則に従った反力を感じながら人間の知覚特性に従って操舵ハンドル１１を回動操作できる。また、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵によって車両に発生する実横加速度Gも知覚し得る物理量であるとともに、この実横加速度Gは見込み横加速度Gdに等しくなるように制御される。さらに、この見込み横加速度Gdも運転者が入力した操舵角θに対してべき乗関数的に（式４を式５に変形することにより指数関数的に）変化する。したがって、運転者はウェーバー・ヘフナーの法則に従った横加速度を感じながら人間の知覚特性に従って操舵ハンドル１１を回動操作して、車両を旋回させることができる。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１１を操作できるので、車両の運転が簡単になる。

また、転舵角補正部６１は、車両に実際に発生している実横加速度Gが操舵ハンドル１１の操舵角θに正確に対応するように目標転舵角δdを補正するので、車両には操舵ハンドル１１の操舵角θに正確に対応した実横加速度Gが発生する。その結果、運転者は、人間の知覚特性により正確に合った横加速度を知覚しながら、操舵ハンドル１１を操作できるようになるので、車両の運転がより簡単になる。

さらに、電子制御ユニット３５は、車両に搭載された他の装置によって汎用的に用いられている操舵ハンドル１１の操舵トルクセンサ３８を利用して操舵トルクTを検出し、この操舵トルクTに基づいて運転者の微小な操舵トルクTの変化量ΔTsを計算することができる。そして、この変化量ΔTsが、ウェーバー比に基づいた許容値よりも大きければ、運転者の運転操作状態の悪化すなわち運転姿勢の悪化や覚醒度の低下が発生したと判断して、運転者に警告を報知することができる。このように、車両に搭載された他の装置によっても利用される操舵トルクセンサ３８を用いて運転者の運転操作状態の悪化を検出することにより、別途高価な装置を車両に搭載する必要がなく、車両の製造コストの増大をなくすことができる。また、別途装置を車両に搭載することがないため、車両に別途制御システムを構築する必要がなく、車両全体のシステムを簡略化することができる。

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、転舵動作に関するコンピュータプログラムを表す図２の機能ブロック図において、変位−トルク変換部５１は設けられておらず、トルク−横加速度変換部５２が、上記実施形態における変位−トルク変換部５１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３８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の演算に代えて、図４に示す特性を表す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。なお、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実施形態の場合と同じである。

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５２によって見込み横加速度Gdに変換され、転舵角変換部５３、転舵角補正部６１および駆動制御部６２により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は見込み横加速度Gdの発生に必要な補正目標転舵角δdaに転舵される。そして、この場合も、操舵トルクTは運転者が操舵ハンドル１１から知覚し得る物理量であるとともに、操舵トルクTに対して見込み横加速度Gdはべき乗関数的に変化するものであるので、運転者はウェーバー・ヘフナーの法則に従った反力を感じながら人間の知覚特性に従って操舵ハンドル１１を回動操作できる。したがって、この変形例においても、上記実施形態の場合と同様に、運転者はウェーバー・ヘフナーの法則に従った横加速度を感じながら人間の知覚特性に従って操舵ハンドル１１を回動操作して、車両を旋回させることができるので、上記実施形態と同様な効果が期待される。

さらに、上記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３８の両方を備え、上記実施形態のように変位−トルク変換部５１にて計算される目標転舵トルク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３８によって検出された操舵トルク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、または車両の運動状態に応じて自動的に切り替えるようにするとよい。

また、上記実施形態における異常報知プログラムは、運動状態量としての横加速度を採用した操舵装置に適用して実施した。これに代えて、運動状態量としてのヨーレートを採用した操舵装置に異常報知プログラムを適用し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。この変形例における操舵装置は、図１に破線で示すように、上記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３９を備えている。他の構成については、上記実施形態と同じであるが、転舵操作に関し、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は上記実施形態の場合とは若干異なる。また、この変形例に係るヨーレートを運動状態量とする操舵装置に適用される異常報知プログラムは、上記実施形態の異常報知プログラムと同一であるため、その詳細な説明を省略する。

この変形例においては、転舵動作に関し、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図８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５０において、変位−トルク変換部５１は上記実施形態と同様に機能するが、上記実施形態のトルク−横加速度変換部５２に代えてトルク−ヨーレート変換部５４が設けられている。

このトルク−ヨーレート変換部５４は、変位−トルク変換部５１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の絶対値が正の小さな所定値To未満であれば下記式１８のように「０」とし、操舵トルクTdの絶対値が正の小さな所定値To以上であれば下記式１９に従って計算する。
γd＝0 (｜Td｜＜To) …式１８
γd＝C・Td^K2 (To≦｜Td｜) …式１９
ただし、式１９中のC，K2は、上記実施形態と同じく定数である。また、この場合も、前記式１９中の操舵トルクTdは上記式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Cを正の値とするとともに、前記計算した操舵トルクTdが負であれば定数Cを前記正の定数Cと同じ絶対値を有する負の値とする。なお、この場合、前記式１８，１９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９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。

また、転舵角変換部５５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１０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５５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、転舵角変換部５５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。

なお、目標転舵角δdは下記式２０に示すように車速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２０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)・γd／V …式２０
ただし、前記式２０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（例えば、２．６７ｍ）であり、Aは予め決められた所定値（例えば、０．００１８７）である。

この計算された目標転舵角δdは、転舵制御部６０の転舵角補正部６３に供給される。転舵角補正部６３は、トルク−ヨーレート変換部５４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３９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２１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＋K4・(γd−γ) …式２１
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の転舵角がより精度よく確保される。

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実施形態の場合と同じである。そして、図８の機能ブロック図において、上記実施形態の図２と同一の符号を付してその説明を省略する。

そして、上記説明した変形例においても、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角θは変位−トルク変換部５１によって操舵トルクTdに変換されるとともに、同変換された操舵トルクTdはトルク−ヨーレート変換部５４によって見込みヨーレートγdに変換され、転舵角変換部５５、転舵角補正部６３および駆動制御部６２により左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は見込みヨーレートγdの発生に必要な補正目標転舵角δdaに転舵される。この場合も、操舵トルクTdは、反力トルクTzと等しいため、反力アクチュエータ１３の作用によって運転者が操舵ハンドル１１から知覚し得る物理量であるとともに、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、運転者はウェーバー・ヘフナーの法則に従った反力を感じながら人間の知覚特性に従って操舵ハンドル１１を回動操作できる。

また、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵によって車両に発生するヨーレートγも知覚し得る物理量であるとともに、このヨーレートγは見込みヨーレートγdに等しくなるように制御され、さらに、この見込みヨーレートγdも操舵角θに対してべき乗関数的に（上記実施形態の式４から式５への変形と同様に式１９を変形することにより指数関数的に）変化する。したがって、運転者はウェーバー・ヘフナーの法則に従ったヨーレートを感じながら人間の知覚特性に従って操舵ハンドル１１を回動操作して、車両を旋回させることができる。その結果、運転者は、上記実施形態の場合と同様に、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。

上記実施形態における異常報知プログラムは、運動状態量としての横加速度を採用した操舵装置に適用して実施した。これに代えて、運動状態量としての旋回曲率を採用した操舵装置に適用し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。この変形例においても、操舵装置は、上記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、転舵動作に関し、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実施形態の場合とは若干異なる。また、この変形例に係る旋回曲率を運動状態量とする操舵装置に適用される異常報知プログラムは、上記実施形態の異常報知プログラムと同一であるため、その詳細な説明を省略する。

この変形例においては、転舵動作に関し、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図１１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５０において、変位−トルク変換部５１は上記実施形態と同様に機能するが、上記実施形態のトルク−横加速度変換部５２に代えてトルク−旋回曲率変換部５６が設けられている。

このトルク−旋回曲率変換部５６は、変位−トルク変換部５１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の絶対値が正の小さな所定値To未満であれば下記式２２にように「０」とし、操舵トルクTdの絶対値が正の小さな所定値To以上であれば下記式２３に従って計算する。
ρd＝0 (｜Td｜＜To) …式２２
ρd＝C・Td^K2 (To≦｜Td｜) …式２３
ただし、式２３中のC，K2は、上記実施形態と同じく定数である。また、この場合も、前記式２３中の操舵トルクTdは上記式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が正であれば定数Cを前記正の定数Cと同じ絶対値を有する負の値とする。なお、この場合、前記式２２，２３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１２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。

また、転舵角変換部５７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１３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５７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５６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。

なお、目標転舵角δdは下記式２４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２４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２４
ただし、前記式２４においても、Lはホイールベースを表す予め決められた所定値（例えば、２．６７ｍ）であり、Aは予め決められた所定値（例えば、０．００１８７）である。

この計算された目標転舵角δdは、転舵制御部６０の転舵角補正部６４に供給される。転舵角補正部６４は、トルク−旋回曲率変換部５６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６５から実旋回曲率ρも入力する。旋回曲率計算部６５は、横加速度センサ３４によって検出された横加速度Gまたはヨーレートセンサ３９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２５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６４に出力する。
ρ＝G／V²またはρ＝γ／V …式２５

そして、転舵角補正部６４は、下記式２６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＋K5・(ρd−ρ) …式２６
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ρd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、実旋回曲率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。

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実施形態の場合と同じである。そして、図１１の機能ブロック図において、上記実施形態の図２と同一の符号を付してその説明を省略する。

そして、上記説明した変形例においても、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角θは変位−トルク変換部５１によって操舵トルクTdに変換されるとともに、同変換された操舵トルクTdはトルク−旋回曲率変換部５６によって見込み旋回曲率ρdに変換され、転舵角変換部５７、転舵角補正部６４および駆動制御部６２により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は見込み旋回曲率ρdの発生に必要な補正目標転舵角δdaに転舵される。この場合も、操舵トルクTdは、反力トルクTzと等しいため、反力アクチュエータ１３の作用によって運転者が操舵ハンドル１１から知覚し得る物理量であるとともに、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、運転者はウェーバー・ヘフナーの法則に従った反力を感じながら人間の知覚特性に従って操舵ハンドル１１を回動操作できる。

また、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵による旋回曲率も視覚によって知覚し得る物理量であるとともに、この旋回曲率ρは見込み旋回曲率ρdに等しくなるように制御され、さらに、この見込み旋回曲率ρdも操舵角θに対してべき乗関数的に（上記実施形態の式４から式５への変形と同様に式２３を変形することにより指数関数的に）変化する。したがって、運転者はウェーバー・ヘフナーの法則に従った旋回曲率を視覚により知覚しながら人間の知覚特性に従って操舵ハンドル１１を回動操作して、車両を旋回させることができる。その結果、運転者は上記実施形態の場合と同様に、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。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態および各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。

例えば、上記実施形態および各変形例においては、本発明に係る異常報知プログラムを、操舵ハンドルに入力された操作入力値としての操舵角や操舵トルクを見込み運動状態量に変換し、同変換した見込み運動状態量を用いて転舵角を計算するステアバイワイヤ方式の車両の転舵装置に適用して実施した。しかしながら、操舵ハンドルに入力された操舵角や操舵トルクに基づいて転舵角を直接計算する従来のステアバイワイヤ方式の車両の転舵装置に、本発明に係る異常報知プログラムを適用して実施することも可能である。この場合においても、既に車両に搭載されている操舵トルクセンサを利用することにより運転者の微小な操舵トルク変化を検出・計算して、運転者の運転操作状態を判断すればよく、車両の製造コストを低減することができるとともに、制御システムを簡略化することができる。そして、運転者の運転操作状態を確実に検出することができて、的確に警報を報知することができる。

また、上記実施形態および各変形例においては、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。

また、上記実施形態および各変形例においては、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。

さらに、上記実施形態および各変形例においては、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替え、または車両の走行状態に応じて自動的に切り替えて、車両の操舵制御を行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替える場合、例えば、車両の低速走行時（例えば、４０Ｋｍ／ｈ未満）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（例えば、４０Ｋｍ／ｈ以上１００Ｋｍ／ｈ未満）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（例えば、１００Ｋｍ／ｈ以上）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。

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。 本発明の実施形態に係り、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。 操舵角と操舵トルクの関係を示すグラフである。 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。 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。 本発明の実施形態に係り、図１の電子制御ユニットにて実行される異常報知プログラムを示すフローチャートである。 （ａ）から（ｃ）は、運転者の運転操作状態の検出を説明するためのグラフである。 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。 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。 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。 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。 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。 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

ＦＷ１，ＦＷ２…左右前輪、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…反力制御部、５０…感覚適合制御部、５１…変位−トルク変換部、５２…トルク−横加速度変換部、５３，５５，５７…転舵角変換部、５４…トルク−ヨーレート変換部、５６…トルク−旋回曲率変換部、６０…転舵制御部、６１，６３，６４…転舵角補正部

Claims (7)

1. 車両を転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転舵装置において、
   前記操舵ハンドルに対する運転者の微小な操作量を検出する微小操作量検出手段と、
   前記微小操作量検出手段によって検出した前記微小な操作量と所定の許容値とを比較することにより前記運転者の運転操作状態の変化を検出する運転者状態検出手段と、
   前記運転者状態検出手段によって検出した運転者の運転操作状態に応じて前記運転者に警告を報知する警告報知手段とを備え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転舵装置。
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転舵装置において、
   前記微小操作量検出手段が、前記操舵ハンドルに付与される微小な操作力を検出する操作力センサで構成されており、
   前記運転者状態検出手段は、前記検出された微小な操作力が所定の許容操作力よりも大きいか否かを判定することにより前記運転者の運転操作状態の変化を検出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転舵装置。
3. 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転舵装置において、
   さらに、車両の車速を検出する車速検出手段を備え、
   前記運転者状態検出手段は、前記車速検出手段によって検出した車速が所定の車速よりも大きいときに、前記運転者の運転操作状態の変化を検出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転舵装置。
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転舵装置において、
   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操作入力値を検出する操作入力値検出手段と、
   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前記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、
   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。
5. 請求項４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。
6. 請求項４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。
7. 請求項４ないし請求項６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。
   

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