JP4280669B2 - Vehicle steering device - Google Patents
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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、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。 The present invention relates to a steering wheel operated by a driver to steer a vehicle, a steering actuator for steering a steered wheel, and a steered wheel by driving and controlling the steered actuator according to the operation of the steering handle. The present invention relates to a steering device for a steering-by-wire vehicle including a steering control device for steering the vehicle.
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。
In recent years, the development of this type of steering-by-wire steering system has been actively carried out. For example,
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。 Further, in Patent Document 2 below, the steering torque and the steering angle of the steering wheel are detected, two turning angles that increase as the steering torque and the steering wheel steering angle increase are calculated, and these calculated turning angles are added. A steering device is shown in which the front wheels are steered at the steered angle. In this steering device, the vehicle speed is also detected, and both turning angles are corrected based on the detected vehicle speed, so that the turning characteristics are changed according to the vehicle speed.
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。 However, in any of the above conventional devices, the steering angle and the steering torque, which are the operation input values for the steering wheel by the driver for steering the vehicle, are detected, and the front wheels are detected using the detected steering angle and steering torque. The steering angle is directly calculated, and the front wheels are steered to the calculated steering angle. However, the steering control of these front wheels, although the mechanical connection between the conventional steering wheel and the steered wheels is removed, the steering method of the front wheel with respect to the steering wheel operation is as follows: The basic technical idea of determining the steering angle of the front wheels according to the force is exactly the same, and in these steering methods, the steering angle of the front wheels is not determined according to human sensory characteristics So it was difficult to drive the vehicle.
すなわち、前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。 That is, in the conventional apparatus, the turning angle that cannot be perceived by the driver is determined directly in response to the operation of the steering wheel, and the vehicle turns by turning the front wheels according to the turning angle. . The driver senses the lateral acceleration, yaw rate, and turning curvature of the vehicle due to the turning of the vehicle by touch or vision, and feeds back to the operation of the steering handle to turn the vehicle in a desired manner. In other words, since the turning angle of the front wheels with respect to the steering wheel operation by the driver is a physical quantity that cannot be perceived by humans, the turning angle that is directly determined by the driver's steering operation is the driver's perception. It was not determined according to the characteristics, and this made it difficult to drive the vehicle.
また、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。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。 Further, in the above-described conventional device, the determined turning angle is corrected according to the difference between the target yaw rate calculated using the detected vehicle speed and the detected steering wheel angle and the detected actual yaw rate. This is merely correction of the turning angle in consideration of the behavior state of the vehicle, and does not determine the turning angle according to the yaw rate that the driver will perceive by operating the steering wheel. Accordingly, in this case as well, the turning angle determined for the driver's steering operation is not determined in accordance with the driver's perceptual characteristics, making it difficult to drive the vehicle.
また、上記従来の装置のようなステアリングバイワイヤ方式の操舵装置においては、操舵ハンドルへの反力付与および転舵輪の転舵がアクチュエータによって制御される。このため、ステアリングシャフトに作用するトルクや転舵角は、操舵ハンドルの回転速度や車速あるいは道路から入力する外乱などにより変化する可能性があり、この変化に伴って車両の挙動が乱れる場合がある。このことは、例えば、アクチュエータを駆動するための電動モータに対する電流指令値が単にステアリングシャフトに作用するトルクや車速などに基づいて一義的に決定されるためと考えられる。 Further, in a steering-by-wire type steering apparatus such as the above-described conventional apparatus, application of reaction force to the steering wheel and turning of the steered wheels are controlled by an actuator. For this reason, the torque and the turning angle acting on the steering shaft may change due to the rotational speed of the steering wheel, the vehicle speed, or a disturbance input from the road, and the behavior of the vehicle may be disturbed along with this change. . This is considered to be because, for example, the current command value for the electric motor for driving the actuator is uniquely determined based on the torque acting on the steering shaft, the vehicle speed, and the like.
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言われている。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指数関数的に、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。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操作に適用し、次のようなことを発見した。 In order to cope with the above problem, the present inventors have worked on research on a vehicle steering apparatus that can steer a vehicle in accordance with human perceptual characteristics in response to a steering wheel operation by a driver. Regarding such human perceptual characteristics, according to Weber-Fechner's law, it is said that the human sensory quantity is proportional to the logarithm of the physical quantity of the given stimulus. In other words, if the physical quantity of a stimulus given to a human is changed exponentially or exponentially with respect to the human's manipulated variable, the relationship between the manipulated variable and the physical quantity can be matched to the human perceptual characteristics. it can. The present inventors have applied the Weber-Hefner's law to the steering operation of a vehicle and discovered the following.
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できることになる。 When driving a vehicle, the vehicle turns by operating the steering handle, and the vehicle's motion state quantities such as lateral acceleration, yaw rate, and turning curvature change as the vehicle turns, and the driver senses the motion state quantity of the vehicle. And it feels more visually. Therefore, if the vehicle motion state quantity that can be perceived by the driver is changed exponentially or by a power function in response to the driver's operation on the steering wheel, the driver can adjust to the perceptual characteristics. The vehicle can be driven by operating the steering wheel.
本発明は、上記発見に基づくもので、その目的は、人間の知覚特性に合わせて車両を操舵することにより車両の運転を易しくするとともに、運転者の見込んだ車両挙動が良好に得られるステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置を提供することにある。 The present invention is based on the above discovery, and an object of the present invention is to facilitate steering of the vehicle by steering the vehicle in accordance with human perceptual characteristics and to obtain a vehicle behavior expected by the driver in a favorable manner. An object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus.
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、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操舵装置において、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、前記操作入力値に応じて大きさが決定されるヒステリシスを付与し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。 In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that a steering handle operated by a driver to steer a vehicle, a steering actuator for turning a steered wheel, and an operation of the steering handle. A steering-by-wire vehicle steering apparatus comprising: a steering control device that drives and controls the steering actuator to steer the steered wheels; and the steering control device is operated by a driver's operation input to the steering handle. An operation input value detecting means for detecting a value and a vehicle motion state that can be perceived by the driver in relation to the turning of the vehicle, and is in a predetermined exponential relationship or a power relationship with the operation input value for the steering wheel. the anticipated motion state quantity of the vehicle, and motion state quantity calculating means that size in accordance with the operation input value is calculated by applying a hysteresis to be determined, it is the calculated The turning angle calculation means for calculating the turning angle of the steered wheels necessary for the vehicle to move with the expected movement state quantity using the calculated expected movement state quantity, and the calculated turning angle Accordingly, the steering actuator is configured to be configured with a steering control means that steers the steered wheel to the calculated steered angle.
また、本発明の他の特徴は、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、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操舵装置において、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、前記操作入力値検出手段により検出した操作入力値が所定値未満であるときは同操作入力値に対して予め定めた関係に基づいて計算して前記操作入力値を前記操舵ハンドルに付与される操作力に変換するとともに、前記操作入力値が所定値以上であるときは同操作入力値と予め定めた指数関係に基づいて計算して前記操作入力値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入力値変換手段と、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、前記操作入力値変換手段によって前記操作入力値が変換された操作力に対してヒステリシスを付与し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もある。 Another feature of the present invention is that a steering handle operated by a driver to steer the vehicle, a steering actuator for turning a steered wheel, and the steering according to an operation of the steering handle. In a steering-by-wire vehicle steering apparatus including a steering control device that drives and controls an actuator to steer a steered wheel, the steering control device detects an operation input value of a driver for the steering handle. When the operation input value detected by the operation input value detection means and the operation input value detection means is less than a predetermined value, the operation input value is calculated based on a predetermined relationship with respect to the operation input value. The operation force is applied to the steering wheel, and when the operation input value is greater than or equal to a predetermined value, the operation input value is calculated based on a predetermined exponent relationship and the operation input value is calculated. An operation input value converting means for converting an input value into an operation force applied to the steering handle, and an operation input value for the steering handle representing a motion state of the vehicle that can be perceived by the driver in relation to turning of the vehicle. Motion state quantity calculation for calculating a predicted motion state quantity of a vehicle having a predetermined exponential relationship or power relation with the operation input value converted by the operation input value conversion means by adding hysteresis to the operation force Means, a turning angle calculation means for calculating a turning angle of the steered wheels necessary for the vehicle to move with the calculated expected motion state quantity, using the calculated expected motion state quantity, and There is also a configuration in which the turning actuator is controlled according to the calculated turning angle and the turning control means for turning the turning wheel to the calculated turning angle .
この場合、前記操作入力値に対して予め定めた関係は、前記検出した操作入力値が略0のときに前記操作力が略0となる関係を含むとよい。また、前記操作入力値に対して予め定めた関係と前記操作入力値と予め定めた指数関係とは、操作入力値の前記所定値にて互いに連続的に接続されるとよい。さらに、前記操作入力値に対して予め定めた関係は、例えば、前記操作入力値と前記操作力とが比例する比例関係であるとよい。 In this case, the predetermined relationship with respect to the operation input value may include a relationship in which the operation force is approximately 0 when the detected operation input value is approximately 0. The predetermined relationship with respect to the operation input value and the predetermined relationship between the operation input value and the predetermined exponent may be continuously connected to each other at the predetermined value of the operation input value. Furthermore, the predetermined relationship with respect to the operation input value may be, for example, a proportional relationship in which the operation input value and the operation force are proportional.
また、本発明の他の特徴は、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、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操舵装置において、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、前記操舵ハンドルに対する運転者の操作に関し、前記操作入力値の絶対値が増大する切込み操作と前記操作入力値の絶対値が減少する戻し操作とを判別する操作判別手段と、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、前記操作判別手段によって前記切込み操作から前記戻し操作への変化が判別されたときに、または、前記戻し操作から前記切込み操作への変化が判別されたときに、前記操作入力値に対してヒステリシスを付与し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もある。また、この場合、前記操作判別手段は、前記切込み操作を判別するための判別所定値に対して前記戻し操作を判別するための判別所定値を大きく設定して、前記切込み操作または前記戻し操作を判別するとよい。
Another feature of the present invention is that a steering handle operated by a driver to steer the vehicle, a steering actuator for turning a steered wheel, and the steering according to an operation of the steering handle. In a steering-by-wire vehicle steering apparatus including a steering control device that drives and controls an actuator to steer a steered wheel, the steering control device detects an operation input value of a driver for the steering handle. Operation input value detection means, and operation determination means for determining a cutting operation in which the absolute value of the operation input value increases and a return operation in which the absolute value of the operation input value decreases with respect to the driver's operation on the steering wheel Represents a motion state of the vehicle that can be perceived by the driver in relation to the turning of the vehicle, and is an exponential relationship or a power that is predetermined with the operation input value to the steering wheel. When the change from the cutting operation to the returning operation is determined by the operation determining means, or when the change from the returning operation to the cutting operation is determined by the operation determining unit. In addition, the motion state quantity calculating means for calculating the operation input value by adding hysteresis, and the turning angle of the steered wheels necessary for the vehicle to move with the calculated expected motion state quantity, A turning angle calculation means for calculating using the calculated expected motion state quantity, and controlling the turning actuator according to the calculated turning angle to turn the turning wheel to the calculated turning angle. It is also composed of a steering control means for steering. Also, in this case, the operation discriminating unit, said return operation is set larger the discrimination predetermined value to determine the relative discriminating predetermined value for determining the turning operation, the turning operation or the returning operation It is good to discriminate.
また、これらの場合、見込み運動状態量は、例えば、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。また、この車両の操舵装置において、さらに、操舵ハンドルの操作に対して反力を付与する反力装置を設けておくとよい。 In these cases, the expected motion state quantity is, for example, any one of a lateral acceleration, a yaw rate, and a turning curvature of the vehicle. Further, in this vehicle steering device, a reaction force device for applying a reaction force to the operation of the steering wheel may be further provided.
また、操作入力値検出手段を、例えば、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、操作入力値検出手段を、例えば、操舵ハンドルに入力された操作力を検出して出力する操作力センサで構成するとよい。 Further, the operation input value detecting means may be constituted by a displacement amount sensor for detecting the displacement amount of the steering wheel, for example. The operation input value detection means may be constituted by an operation force sensor that detects and outputs an operation force input to the steering wheel, for example.
上記のように構成した本発明においては、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。このとき、車両の見込み運動状態量は、操作入力値に対してヒステリシス特性を付与して計算される。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、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。 In the present invention configured as described above, first, the operation input value of the driver with respect to the steering wheel represents the motion state of the vehicle that can be perceived by the driver in relation to the turning of the vehicle. It is converted into a predicted motion state quantity (lateral acceleration, yaw rate, turning curvature, etc.) of the vehicle that has a predetermined exponential relationship or power relationship with the value. At this time, the expected motion state quantity of the vehicle is calculated by adding a hysteresis characteristic to the operation input value. Then, based on the converted expected motion state quantity, the turning angle of the steered wheel necessary for the vehicle to move with the expected motion state quantity is calculated, and the steered wheel is added to the calculated turning angle. Steered. Therefore, when the vehicle turns by turning the steered wheels, the driver is given the expected motion state quantity as the “physical quantity of the applied stimulus” according to the Weber-Hefner law. Since it changes exponentially or exponentially with respect to the operation input value, the driver can operate the steering wheel while perceiving the amount of motion state that matches human perception characteristics. The lateral acceleration and yaw rate can be sensed tactilely by the driver in contact with each part in the vehicle. Further, the turning curvature can be visually perceived by the driver due to changes in the situation within the field of view of the vehicle. As a result, according to the present invention, the driver can operate the steering wheel in accordance with human perceptual characteristics, so that driving of the vehicle is simplified.
また、操作入力値または操作入力値が変換された操作力に対してヒステリシス特性が付与されて、車両の見込み運動状態量が計算されることにより、例えば、外乱(例えば、路面から転舵輪を介して操舵ハンドルに伝達される回動力)などによって、運転者が意図しない操舵ハンドルの回動が生じた場合であっても、運転者が見込んだ運動状態量が確保される。これにより、見込み運動状態量で車両が運動するために必要な転舵角に転舵輪が転舵された状態が維持されるため、車両挙動の乱れを良好に抑制することができる。 Also, hysteresis characteristics are given to the operation input value or the operation force converted from the operation input value, and the expected motion state quantity of the vehicle is calculated, for example, disturbance (for example, from the road surface via the steered wheels). Thus, even if the steering wheel is unintentionally turned by the driver due to the rotational force transmitted to the steering wheel, the amount of motion state expected by the driver is ensured. Thereby, since the state where the steered wheels are steered to the steered angle necessary for the vehicle to move with the expected motion state quantity is maintained, disturbance of the vehicle behavior can be satisfactorily suppressed.
また、付与されるヒステリシスの大きさが操作入力値または操作入力値が変換された操作力に応じて決定されることにより、運転者の操舵ハンドル操作に対して、最適なヒステリシス特性を付与することができる。このため、運転者は操舵ハンドル操作に関する違和感や同操舵ハンドル操作に起因する車両の挙動に違和感を覚えることがない。さらに、切込み操作を判別するための判別所定値に対して戻し操作を判別するための判別所定値を大きく設定し、切込み操作と戻し操作とを判別してヒステリシス特性を付与することができる。これにより、例えば、運転者による操舵ハンドルの微小な回動操作、より具体的には、運転者による微小な戻し操作に伴う頻繁なヒステリシス特性の付与を抑制することができる。したがって、運転者は、切込み操作と戻し操作間の頻繁な変更に伴う違和感を覚えることがない。 Further, the hysteresis level to be applied is determined according to the operation input value or the operation force converted from the operation input value, thereby providing an optimum hysteresis characteristic for the steering wheel operation of the driver. Can do. For this reason, the driver does not feel discomfort regarding the steering wheel operation or the vehicle behavior resulting from the steering wheel operation. Furthermore, it is possible to set a large predetermined determination value for determining the return operation with respect to the predetermined determination value for determining the cutting operation, and to discriminate between the cutting operation and the return operation and to provide hysteresis characteristics. Accordingly, for example, it is possible to suppress the frequent turning of the steering handle by the driver, more specifically, the frequent application of hysteresis characteristics accompanying the minute returning operation by the driver. Therefore, the driver does not feel discomfort due to frequent changes between the cutting operation and the returning operation.
また、操舵ハンドルに対する運転者の操作入力値が所定値未満であるときには、操舵ハンドルに付与される操作力(例えば、操舵トルク)が前記操作入力値に対して予め定めた関係に基づいて計算され、所定値以上であるときには、操舵ハンドルに付与される操作力が前記操作入力値と予め定めた指数関係に基づいて計算される。この計算においては、操作入力値に対して予め定めた関係は、前記検出した操作入力値が略0のときに前記操作力が略0となる関係を含むことができるため、操舵ハンドルの操作入力値が「0」すなわち操舵ハンドルが中立位置にあるときに操作力を「0」とすることができる。 When the operation input value of the driver for the steering wheel is less than a predetermined value, the operation force (for example, steering torque) applied to the steering wheel is calculated based on a predetermined relationship with the operation input value. When the value is equal to or greater than the predetermined value, the operation force applied to the steering wheel is calculated based on the operation input value and a predetermined exponent relationship. In this calculation, the predetermined relationship with respect to the operation input value can include a relationship in which the operation force is approximately 0 when the detected operation input value is approximately 0. When the value is “0”, that is, when the steering wheel is in the neutral position, the operating force can be set to “0”.
これにより、例えば、操舵ハンドルが中立位置方向へ回動された場合には、一様に操作力を「0」に収束させることができ、中立位置付近での回動方向への振動の発生を防止することができる。また、操作入力値に対して予め定めた関係を、操作入力値と操作力とが比例する比例関係とすることにより、操作入力値に対して操作力を連続的に「0」に収束させることができる。さらに、操作入力値に対して予め定めた関係と操作入力値と予め定めた指数関係とが、操作入力値の所定値にて互いに連続的に接続されるため、この2つの関係が所定値にて切り替わる際には、滑らかに変化する。これにより、運転者は、この切り替わりに起因する違和感を覚えることがない。 Thereby, for example, when the steering handle is rotated in the neutral position direction, the operation force can be uniformly converged to “0”, and vibration in the rotation direction near the neutral position is generated. Can be prevented. Further, by making the predetermined relationship with respect to the operation input value a proportional relationship in which the operation input value and the operation force are proportional, the operation force is continuously converged to “0” with respect to the operation input value. Can do. Furthermore, since the predetermined relationship with respect to the operation input value and the operation input value and the predetermined exponent relationship are continuously connected to each other at the predetermined value of the operation input value, these two relationships are set to the predetermined value. When switching between, it changes smoothly. As a result, the driver does not feel uncomfortable due to this switching.
また、本発明の他の特徴は、前記構成にさらに、見込み運動状態量と同一種類であって車両の実際の運動状態を表す実運動状態量を検出する運動状態量検出手段と、前記計算された見込み運動状態量と前記検出された実運動状態量との差に応じて前記計算された転舵角を補正する補正手段とを設けたことにある。これによれば、転舵輪は、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転舵角にさらに正確に転舵されることになる。その結果、運転者は、人間の知覚特性に正確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ようになるので、車両の運転がさらに簡単になる。 In addition, another feature of the present invention is that, in addition to the above-described configuration, the motion state quantity detection means for detecting an actual motion state quantity that is the same type as the expected motion state quantity and represents the actual motion state of the vehicle, and the calculation. And a correction means for correcting the calculated turning angle in accordance with a difference between the estimated motion state quantity and the detected actual motion state quantity. According to this, the steered wheel is steered more accurately to the steered angle necessary for the vehicle to move with the calculated expected motion state quantity. As a result, the driver can operate the steering wheel while perceiving the amount of motion state that accurately matches the human perceptual characteristics, so that the driving of the vehicle is further simplified.
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実施形態に係る車両の操舵装置を概略的に示している。
a. First Embodiment Hereinafter, a vehicle steering apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows a vehicle steering apparatus according to the first embodiment.
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。
The steering apparatus includes a
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。
In addition, the steering device includes a
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。
Next, an electric control device that controls the rotation of the
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。
The
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。
These
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への反力付与を制御ず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知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とからなる。
Next, the operation of the first embodiment configured as described above will be described with reference to the functional block diagram of FIG. 2 showing functions realized by computer program processing in the
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、運転者によって操舵ハンドル11が回動操作されると、前記検出操舵角θの絶対値が大きくなる回動操作(以下、この回動操作を切込み操作という)がされている場合には反力トルクTzfを計算し、前記検出操舵角θの絶対値が小さくなる回動操作(以下、この回動操作を戻し操作という)がされている場合には反力トルクTzrを計算する。
When the steering handle 11 is turned by the driver, the
ここで、切込み操作と戻し操作の検出について説明しておく。今、操舵ハンドル11が右方向へ回動されている場合を考えると、操舵角センサ31から出力された検出操舵角θは負の値となっている。この状態において、操舵ハンドル11が回動されたときに、検出操舵角θの時間微分値θ’が負の値であれば運転者によって切込み操作がされていると検出し、前記微分値θ’が正の値であれば運転者によって戻し操作がされていると検出する。一方、操舵ハンドル11が左方向へ回動されている場合を考えると、操舵角センサ31から出力された検出操舵角θは正の値となっている。この状態において、操舵ハンドル11が回動されたときに、検出操舵角θの時間微分値θ’が正の値であれば運転者によって切込み操作がされていると検出し、前記微分値θ’が負の値であれば運転者によって戻し操作がされていると検出する。
Here, detection of the cutting operation and the return operation will be described. Considering the case where the steering handle 11 is turned rightward, the detected steering angle θ output from the
また、切込み操作と戻し操作の検出に際しては、後に詳述するように、検出した切込み操作または戻し操作に応じて反力付与制御処理や目標転舵角決定処理などの計算処理を切り替えて実行するために、切込み操作と戻し操作間に不感帯が設けられる。すなわち、運転者によって切込み操作または戻し操作がされると同時にこれらの操作を検出するようにすると、例えば、運転者が微調整のために操舵ハンドル11を左右方向へ回動した場合であっても、その都度計算処理が切り替わることになる。このように、計算処理が頻繁に切り替わることにより、例えば、運転者が操舵ハンドル11を介して知覚する反力が変動するなどの問題が生じる。これに対して、切込み操作と戻し操作の検出に関して不感帯を設けることによって、運転者の微調整などに起因して切込み操作または戻し操作が頻繁に検出されることを防止することができ、上記問題は解決される。ここで、不感帯としては、例えば、切込み操作および戻し操作を検出するまでの検出時間を採用することができ、この検出時間は切込み操作の検出時間に対して戻し時間の検出時間を長く設定するとよい。これにより、特に、戻し操作に伴って、後述する反力トルクTzrの計算頻度を低下させ、操舵ハンドル11を介して、運転者が覚える違和感を低減することができる。
Further, when detecting the cutting operation and the returning operation, as will be described in detail later, calculation processing such as reaction force application control processing and target turning angle determination processing is switched and executed in accordance with the detected cutting operation or returning operation. Therefore, a dead zone is provided between the cutting operation and the returning operation. That is, if the driver performs a cutting operation or a return operation and simultaneously detects these operations, for example, even when the driver rotates the steering handle 11 in the left-right direction for fine adjustment. Each time, the calculation process is switched. As described above, when the calculation process is frequently switched, there arises a problem that, for example, the reaction force perceived by the driver via the
次に、変位−トルク変換部41の計算について、切込み操作された場合から具体的に説明する。変位−トルク変換部41は、操舵ハンドル11の検出操舵角θの絶対値が正の所定値Tg未満であれば下記式1に従って操舵角θの一次関数である反力トルクTzfを計算し、検出操舵角θの絶対値が正の所定値Tg以上であれば下記式2に従って操舵角θの指数関数である反力トルクTzfを計算する。ここで、下記式1の一次関数と下記式2の指数関数とは操舵角θzにて連続的に接続されるものであり、例えば、下記式2の指数関数における操舵角θzでの原点「0」を通る接線を下記式1の一次関数として採用することができる。なお、下記式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」のときに反力トルクTzfが「0」となり、かつ、下記式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。
Tzf=a1・θ (|θ|<θz) …式1
Tzf=To・exp(K1・θ) (θz≦|θ|) …式2
Next, the calculation of the displacement-
Tzf = a1 ・ θ (| θ | <θz)…
Tzf = To ・ exp (K1 ・ θ) (θz ≦ | θ |)
一方、戻し操作された場合には、変位−トルク変換部41は、操舵ハンドル11の検出操舵角θの絶対値が正の所定値Tg未満であれば下記式3に従って操舵角θの一次関数である反力トルクTzrを計算し、検出操舵角θの絶対値が正の所定値Tg以上であれば下記式4に従って操舵角θの指数関数である反力トルクTzrを計算する。この戻し操作における下記式3の一次関数と下記式4の指数関数も、上述した切込み操作の前記式1,2と同様に、操舵角θzにて連続的に接続されるものであり、例えば、下記式4の指数関数における操舵角θzでの原点「0」を通る接線を下記式3の一次関数として採用することができる。なお、この場合も、下記式3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Tzrが「0」となり、かつ、下記式4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。
Tzr=a2・θ−Mh1 (|θ|<θz) …式3
Tzr=To・exp(K1・θ)−Mh1 (θz≦|θ|) …式4
On the other hand, when the return operation is performed, the displacement-
Tzr = a2 ・ θ−Mh1 (| θ | <θz) Equation 3
Tzr = To ・ exp (K1 ・ θ) −Mh1 (θz ≦ | θ |) Equation 4
ここで、前記式1中のa1および前記式3中のa2は上述した一次関数の傾きを表す定数である。また、前記式2,4中のTo,K1はともに定数であり、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1〜4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a1,a2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a1,a2および定数Toを前記負の定数a1,a2および定数Toと同じ絶対値を有する正の値とする。
Here, a1 in the
さらに、前記式3,4中のMh1は、運転者による操舵ハンドル11の回動操作が切込み操作から戻し操作に変わった際に、計算される反力トルクTzfと反力トルクTzrとを連続的に繋げるためすなわち切込み操作と戻し操作間でヒステリシス特性を構成するためのヒステリシス項である。このヒステリシス項Mh1は、ある操舵角θが検出された時点における切込み操作時の反力トルクTzfと戻し操作時の反力トルクTzrとの比率に基づいて決定され、下記式5のように表される。
Mh1=np・(Kp・Tzf) …式5
ただし、前記式5中のKpは後述する反力トルクTzfに対する最小変化感度(ウェーバー比)であり、npは最小変化感度に対する所定の係数である。
Further, Mh1 in the equations 3 and 4 indicates that the calculated reaction force torque Tzf and reaction force torque Tzr are continuously obtained when the turning operation of the steering handle 11 by the driver is changed from the cutting operation to the returning operation. In other words, the hysteresis term is used to construct a hysteresis characteristic between the cutting operation and the returning operation. This hysteresis term Mh1 is determined based on the ratio of the reaction force torque Tzf during the cutting operation and the reaction force torque Tzr during the return operation at the time when a certain steering angle θ is detected, and is expressed by the following equation (5). The
Mh1 = np · (Kp · Tzf) ...
However, Kp in
このように、ヒステリシス項Mh1が計算されることにより、前記式1または式2に従って計算された反力トルクTzfと前記式3または式4に従って計算された反力トルクTzrとが連続的に繋がるため、切込み操作から戻し操作にスムーズに変えることができて、運転者は違和感を覚えることがない。また、前記式5に従ってヒステリシス項Mh1が計算されることにより、切込み操作から戻し操作に変わった時点における操舵角θが維持されるため、切込み操作における操舵ハンドル11の回動量と戻し操作における操舵ハンドル11の回動量を略同一とすることができ、特に、戻し操作時の操舵ハンドル11の収束性を良好に確保することができる。なお、本実施形態においては、ヒステリシス項Mh1を前記式5のように操舵角θを含まずに導出するように実施したが、これに代えてまたは加えて、例えば、操舵角θを含んで同操舵角θに依存するように導出することも可能である。
Since the hysteresis term Mh1 is thus calculated, the reaction force torque Tzf calculated according to the
さらに、検出操舵角θが操舵角θz未満のときに、前記式1および前記式3に従って反力トルクTzfおよび反力トルクTzrが計算されることにより、操舵ハンドル11が中立位置を跨いで回動操作される場合であっても、前記式1および前記式3は、原点「0」を通る関数であるため、反力トルクTzfと反力トルクTzrが非連続となることが防止される。具体的に説明すると、今、例えば、運転者が操舵ハンドル11を右方向へ操舵角θz以上に切込み操作し、その後、左方向(すなわち中立位置方向)へ戻し操作した場合を考える。このとき、操舵ハンドル11の左方向への戻し操作に伴って検出操舵角θの絶対値が減少し、操舵角θz未満では、変位−トルク変換部41は前記式3に従って反力トルクTzrを計算する。そして、検出操舵角θの絶対値が「0」となるすなわち操舵ハンドル11が中立位置まで回動されると、変位−トルク変換部41は反力トルクTzrを「0」と計算する。
Further, when the detected steering angle θ is less than the steering angle θz, the reaction force torque Tzf and the reaction force torque Tzr are calculated according to the
この中立位置を越えてさらに操舵ハンドル11が左方向へ回動されると左方向への切込み操作となるので、変位−トルク変換部41は前記式1に従って「0」から一次関数的に変化する反力トルクTzfを計算する。このとき、戻し操作の反力トルクTzrを計算する前記式3と切込み操作の反力トルクTzfを計算する前記式1とはともに原点「0」を通る関数であるため、戻し操作(または切込み操作)から切込み操作(または戻し操作)に変わる場合において、計算される反力トルクTzrと反力トルクTzfが非連続となることがない。したがって、操舵ハンドル11が中立位置を跨って操作される場合、言い換えると、検出操舵角θが正負逆転する場合においても、極めてスムーズに反力トルクTzf,Tzrを操舵ハンドル11に付与することができて、運転者は違和感を覚えることがない。なお、反力トルクTzfまたは反力トルクTzrの計算においては、前記式1〜式5の演算に代えて、操舵角θに対する反力トルクTzf,Tzr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計算するようにしてもよい。
When the steering handle 11 is further rotated leftward beyond this neutral position, a leftward cutting operation is performed, so that the displacement-
この計算された反力トルクTzfまたは反力トルクTzr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Tzfまたは反力トルクTzr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Tzfまたは反力トルクTzrを付与する。
The calculated reaction force torque Tzf or reaction force torque Tzr is supplied to the
したがって、運転者は、例えば、中立位置から操舵ハンドル11を切込み操作することにより、検出操舵角θが操舵角θz未満のときには前記式1に従って計算された一次関数的に変化する反力トルクTzfを感じながら、また、検出操舵角θが操舵角θz以上のときには前記式2に従って計算された指数関数的に変化する反力トルクTzf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。一方、運転者は、例えば、検出操舵角θが操舵角θz以上の操舵位置から操舵ハンドル11を戻し操作することにより、前記式5に従ってヒステリシス項Mh1が計算されるとともに前記式4に従って計算された指数関数的に変化する反力トルクTzrを感じながら、また、検出操舵角θが操舵角θz未満のときには前記式5に従ってヒステリシス項Mh1が計算されるとともに前記式3に従って計算された一次関数的に変化する反力トルクTzr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。
Accordingly, for example, when the driver turns the steering handle 11 from the neutral position, the reaction torque Tzf that changes in a linear function calculated according to the
このように、運転者は、操舵ハンドル11から前記計算された反力トルクTzfまたは反力トルクTzrを感じながら、言い換えれば、これらの反力トルクTzfまたは反力トルクTzr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。このとき、検出操舵角θが操舵角θz以上では、操舵角θと反力トルクTzfまたは反力トルクTzrと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であるので、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。
Thus, the driver feels the calculated reaction force torque Tzf or reaction force torque Tzr from the
一方、感覚適合制御部50に入力された操舵角θは、運転者によって切込み操作されているときには、変位−トルク変換部51が前記式1,2と同様な下記式6,7に従って操舵トルクTdfを計算する。また、運転者によって戻し操作されているときには、変位−トルク変換部51が前記式3,4と同様な下記式8,9に従って操舵トルクTdrを計算する。これら操舵トルクTdf,Tdrの計算においても、式6,8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Tdf,Tdrが「0」となり、かつ、式7,9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。
Tdf=a1・θ (|θ|<θz) …式6
Tdf=To・exp(K1・θ) (θz≦|θ|) …式7
Tdr=a2・θ−Mh1 (|θ|<θz) …式8
Tdr=To・exp(K1・θ)−Mh1 (θz≦|θ|) …式9
On the other hand, when the steering angle θ input to the sensory
Tdf = a1 · θ (| θ | <θz) (6)
Tdf = To · exp (K1 · θ) (θz ≦ | θ |) Equation 7
Tdr = a2 ・ θ−Mh1 (| θ | <θz)…
Tdr = To · exp (K1 · θ) −Mh1 (θz ≦ | θ |) Equation 9
この場合も、前記式6中のa1および前記式8中のa2は上述した一次関数の傾きを表す定数である。また、前記式7,9中のTo,K1は、前記式2,4と同様な定数である。また、前記式6〜9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a1,a2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a1,a2および定数Toを前記正の定数a1,a2および定数Toと同じ絶対値を有する負の値とする。さらに、前記式8,9中のMh1は、前記式3,4と同様に、切込み操作と戻し操作間でヒステリシス特性を構成するためのヒステリシス項である。このヒステリシス項Mh1も、ある操舵角θが検出された時点における切込み操作時の操舵トルクTdfと戻し操作時の操舵トルクTdrとの比率に基づいて決定され、下記式10のように表される。
Mh1=np・(Kp・Tdf) …式10
ただし、前記式5と同様に、前記式10中のKpは操舵トルクTdfに対する最小変化感度(ウェーバー比)であり、npは最小変化感度に対する所定の係数である。
Also in this case, a1 in the
Mh1 = np · (Kp · Tdf) Equation 10
However, as in
この操舵トルクTdf,Tdrの計算においても、上述した反力トルクTzf,Tzrの計算と同様に、前記式10に従ってヒステリシス項Mh1が計算されることにより、前記式6,7に従って計算された操舵トルクTdfと前記式8,9に従って計算された操舵トルクTdrとが連続的に繋がるため、切込み操作から戻し操作にスムーズに変えることができる。また、検出操舵角θが操舵角θz未満のときには、前記式6および前記式8に従って操舵トルクTdfおよび操舵トルクTdrが計算されるため、これら操舵トルクTdf,Tdrを「0」に収束させることができるとともに、中立位置を跨いで操舵ハンドル11が回動されても操舵トルクTdfと操舵トルクTdrを連続的(スムーズ)に変更することができる。なお、この場合も、前記式6〜10の演算に代えて、操舵角θに対する操舵トルクTdfおよび操舵トルクTdr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Tdf,Tdrを計算するようにしてもよい。
Also in the calculation of the steering torques Tdf and Tdr, the hysteresis term Mh1 is calculated according to the equation 10 as in the calculation of the reaction force torques Tzf and Tzr described above, whereby the steering torque calculated according to the
このように計算された操舵トルクTdf,Tdrは、トルク−横加速度変換部52に供給される。なお、トルク−横加速度変換部52は、変位−トルク変換部51から供給される操舵トルクTdf,Tdrがいずれの場合であっても後述する計算を同様に実行するため、以下の説明においては操舵トルクTdf,Tdrをまとめて操舵トルクTdとして説明する。トルク−横加速度変換部52は、運転者が操舵ハンドル11の切込み操作により見込んでいる見込み横加速度Gdfを下記式11,12に従って計算し、戻し操作により見込んでいる見込み横加速度Gdrを下記式13,14に従って計算する。このとき、トルク−横加速度変換部52は、見込み横加速度Gdf,Gdr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11,13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12,14に従って計算する。ここで、下記式11または式13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Gdf,Gdrが「0」となる関数である。また、下記式12,14は操舵トルクTdのべき乗関数であり、下記式11,13と所定値Tgにて連続的に接続するものである。
Gdf=b1・Td (|Td|<Tg) …式11
Gdf=C・TdK2 (Tg≦|Td|) …式12
Gdr=b2・Td−Mh2 (|Td|<Tg) …式13
Gdr=C・(Td−Mh2)K2 (Tg≦|Td|) …式14
ただし、前記式11中のb1および前記式13中のb2は一次関数の傾きを表す定数であり、前記式12,14中のC,K2は定数である。また、前記式11〜14中の操舵トルクTdは前記式6〜10を用いて計算した操舵トルクTd(すなわち操舵トルクTdf,Tdr)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b1,b2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b1,b2および定数Cを前記正の定数b1,b2および定数Cと同じ絶対値を有する負の値とする。
The steering torques Tdf and Tdr calculated in this way are supplied to the torque-lateral
Gdf = b1 · Td (| Td | <Tg)
Gdf = C · Td K2 (Tg ≦ | Td |)
Gdr = b2 · Td−Mh2 (| Td | <Tg)
Gdr = C · (Td−Mh2) K2 (Tg ≦ | Td |) Equation 14
However, b1 in the
また、前記式13,14中のMh2は、運転者による操舵ハンドル11の回動操作が切込み操作から戻し操作に変わった際に、計算される見込み横加速度Gdfと見込み横加速度Gdrとを連続的に繋げるためすなわち切込み操作と戻し操作間でヒステリシス特性を構成するためのヒステリシス項である。このヒステリシス項Mh2は、ある操舵トルクTdが供給された時点における切込み操作時の見込み横加速度Gdfと戻し操作時の見込み横加速度Gdrとの比率に基づいて決定され、下記式15のように表される。
Mh2=nq・(Kq・Td) …式15
ただし、前記式15中のKqは後述する操舵トルクTdに対する最小変化感度(ウェーバー比)であり、nqは最小変化感度に対する所定の係数である。なお、本実施形態においては、ヒステリシス項Mh2を前記式15のように操舵角θを含まずに導出するように実施したが、これに代えてまたは加えて、例えば、操舵角θを含んで同操舵角θに依存するように導出することも可能である。
Further, Mh2 in the
Mh2 = nq · (Kq · Td) Equation 15
In Equation 15, Kq is a minimum change sensitivity (Weber ratio) with respect to a steering torque Td described later, and nq is a predetermined coefficient for the minimum change sensitivity. In the present embodiment, the hysteresis term Mh2 is derived so as not to include the steering angle θ as shown in the above formula 15. However, instead of or in addition to this, for example, the hysteresis term Mh2 includes the steering angle θ. It is also possible to derive so as to depend on the steering angle θ.
このように、ヒステリシス項Mh2が計算されることにより、前記式11または式12に従って計算された見込み横加速度Gdfと前記式13または式14に従って計算された見込み横加速度Gdrとが連続的に繋がるため、見込み横加速度Gdfから見込み横加速度Gdrへ、逆に、見込み横加速度Gdrから見込み横加速度Gdfへスムーズに切り替えることができる。また、前記式15に従ってヒステリシス項Mh2が計算されることにより、切込み操作と戻し操作間の変更時点における見込み横加速度Gdf,Gdrが維持される。このため、後述するように、見込み横加速度Gdf,Gdrに基づいて計算される補正目標転舵角δdaに転舵された左右前輪FW1,FW2は、例えば、道路から入力される外乱などによって、その実転舵角δが変化することを防止することができ、運転者が見込んだ車両の挙動を維持することができる。
Since the hysteresis term Mh2 is calculated in this way, the expected lateral acceleration Gdf calculated according to
さらに、操舵トルクTdが所定値Tg未満のときに、前記式11および前記式13に従って見込み横加速度Gdfおよび見込み横加速度Gdrが計算されることにより、操舵ハンドル11が中立位置を跨いで回動操作される場合であっても、前記式11および前記式13は、原点「0」を通る関数であるため、見込み横加速度Gdfと見込み横加速度Gdrが非連続となることが防止される。
Further, when the steering torque Td is less than the predetermined value Tg, the expected lateral acceleration Gdf and the expected lateral acceleration Gdr are calculated according to the
すなわち、所定値Tg未満においては、前記式11および前記式13は、ともに原点「0」を通る関数である。このため、運転者が見込み横加速度を、例えば、右方向から左方向へ変化する横加速度を見込んだとすれば、トルク−横加速度変換部52は、前記式13に従って一次関数的に「0」に収束する見込み横加速度Gdrを計算するとともに前記式11に従って「0」から一次関数的に増大する見込み横加速度Gdfを計算する。したがって、見込み横加速度Gdfと見込み横加速度Gdrは、「0」で連続となり、見込み横加速度の知覚方向が変化する場合、言い換えると、検出操舵角θが正負逆転する場合においても、極めてスムーズに見込み横加速度Gdf,Gdrを切り替えることができて、運転者は違和感を覚えることがない。なお、この場合も、前記式11〜式15の演算に代えて、操舵トルクTdに対する見込み横加速度Gdf,Gdr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Gdf,Gdrを計算するようにしてもよい。
In other words, when the value is less than the predetermined value Tg, both the
ここで、切込み操作時に適用される前記式12について説明しておく。なお、戻し操作時に適用される前記式14については、前記式12における操舵トルクTdが操舵トルク(Td−Mh)で表されること以外同様に構成されているため前記式12を詳細に説明することにより、その説明を省略する。前記式7を用いて操舵トルクTdを消去すると、下記式16に示すようになる。
Gdf=C・(To・exp(K1・θ))K2=C・ToK2・exp(K1・K2・θ)=Go・exp(K1・K2・θ) …式16
前記式16において、Goは定数C・ToK2であり、式16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Gdfが指数関数的に変化していることを示す。なお、前記式14も上記式12から式16への変形と同様に変形することにより、操舵角θに対して見込み横加速度Gdrが指数関数的に変化する。そして、この見込み横加速度Gdf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Gdf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。
Here,
Gdf = C · (To · exp (K1 · θ)) K2 = C · To K2 · exp (K1 · K2 · θ) = Go · exp (K1 · K2 · θ)
In Expression 16, Go is a constant C · To K2 , and Expression 16 indicates that the expected lateral acceleration Gdf varies exponentially with respect to the steering angle θ of the
このように、前記式12(すなわち前記式16)に示された見込み横加速度Gdf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Gdfは下記式17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Gdf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。
Gdf=Go・exp(K0・ω・t) …式17
ただし、K0は、K0=K1・K2の関係にある定数である。
Thus, the expected lateral acceleration Gdf shown in the equation 12 (that is, the equation 16) changes exponentially with respect to the steering angle θ, which is the operation amount of the
Gdf = Go · exp (K0 · ω · t) (17)
However, K0 is a constant having a relationship of K0 = K1 · K2.
また、前記式14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Gdf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、前記式12,14に従って見込み横加速度Gdf,Gdrを計算した場合には、見込み横加速度Gdf,Gdr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11,13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Gdf,Gdrが「0」に収束するため、この問題は解決される。
Further, as shown in Expression 14, when the steering torque Td is less than the predetermined value Tg, the expected lateral acceleration Gdf changes in a linear function. This is because when the steering torque Td is less than the predetermined value Tg, that is, when the steering angle θ is maintained near “0” (near the neutral position of the steering wheel 11), the expected lateral acceleration Gdf, When Gdr is calculated, the expected lateral accelerations Gdf and Gdr do not converge to “0”, which is not realistic. However, as described above, if the steering handle 11 is in the vicinity of the neutral position, that is, if the steering torque Td is less than the predetermined value Tg, the expected lateral acceleration Gd is calculated according to the
次に、前記式1〜17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1〜17の操舵トルクTdf,Tdrおよび見込み横加速度Gdf,Gdr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、車両の運転歴などの異なる種々の人間に対して行った。
Next, how to determine the parameters K1, K2, and C (predetermined values K1, K2, and C) used in
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。 Regarding the steering torque, a torque sensor is assembled to the steering handle of the vehicle, and an inspection torque is applied to the steering handle from the outside and the inspection torque is changed in various manners against this inspection torque. We measured the ability of the human to adjust the steering torque to adjust the steering handle so that it does not rotate by applying an operating force to the steering handle. That is, in the above situation, the value of the ratio ΔT / T, that is, Weber, where T is the detected steering torque at a certain time and ΔT is the minimum amount of change in steering torque that can be perceived as a change from the detected steering torque T. The ratio was measured for various humans. According to the results of this experiment, the Weber ratio ΔT / T is almost constant for various humans regardless of the direction of operation of the steering wheel, the state of the hand holding the steering wheel, and the magnitude and direction of the inspection torque. The value α was obtained.
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。 Regarding the lateral acceleration, a wall member is provided on the side of the driver's seat, and a force sensor for detecting the pressing force of the human shoulder is assembled to the wall member to allow the human to grasp the steering handle and to the wall member force sensor. The wall is applied to the wall member with the inspection force from the outside in the lateral direction, and the wall is against the inspection force while changing the inspection force in various modes. We adjusted the lateral force adjustment ability of the human to push the member so that the wall member does not move, that is, maintain the posture. That is, under the above situation, when F is the detection force that can withstand lateral force from the outside at a certain time and maintain the posture, and ΔF is the minimum force change amount that can perceive the change from the detection force F The ratio value ΔF / F, the Weber ratio, was measured for various humans. According to the results of this experiment, the Weber ratio ΔF / F was a substantially constant value β for various people regardless of the magnitude and direction of the reference force applied to the wall member.
一方、前記式7を微分するとともに、同微分した式において式7を考慮すると、下記式18が成立する。
ΔT=To・exp(K1・θ)・K1・Δθ=T・K1・Δθ …式18
この式18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19が成立する。
K1=ΔT/(T・Δθ)=Kt/Δθ …式19
On the other hand, when the equation 7 is differentiated and the equation 7 is considered in the differentiated equation, the following equation 18 is established.
ΔT = To · exp (K1 · θ) · K1 · Δθ = T · K1 · Δθ
When the equation 18 is modified and the Weber ratio ΔT / T related to the steering torque obtained by the experiment is set to Kt, the following equation 19 is established.
K1 = ΔT / (T · Δθ) = Kt / Δθ Equation 19
また、最大操舵トルクをTmaxとすれば、前記式7より下記式20が成立する。
Tmax=To・exp(K1・θmax) …式20
この式20を変形すれば、下記式21が成立する。
K1=log(Tmax/To)/θmax …式21
そして、前記式19および式21から下記式22が導かれる。
Δθ=Kt/K1=Kt・θmax/log(Tmax/To) …式22
この式22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と前記式22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19に基づいて所定値(係数)K1も計算できる。
If the maximum steering torque is Tmax, the following equation 20 is established from the above equation 7.
Tmax = To · exp (K1 · θmax) ... Equation 20
If the equation 20 is modified, the following
K1 = log (Tmax / To) /
Then, the following equation 22 is derived from the
Δθ = Kt / K1 = Kt · θmax / log (Tmax / To)
In Equation 22, Kt is the Weber ratio of the steering torque T, θmax is the maximum value of the steering angle, Tmax is the maximum value of the steering torque, and To corresponds to the minimum steering torque that can be perceived by humans. Since these values Kt, θmax, Tmax, and To are all constants determined by experiments and systems, they can be calculated using the differential value Δθ and the equation 22. A predetermined value (coefficient) K1 can also be calculated based on the equation 19 using the differential value Δθ and the Weber ratio Kt.
また、前記式12を微分するとともに、同微分した式において式12を考慮すると、下記式23が成立する。
ΔG=C・K2・TK2-1・ΔT=G・K2・ΔT/T …式23
この式23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24,25が成立する。
ΔG/G=K2・ΔT/T …式24
K2=Ka/Kt …式25
この式25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25に基づいて係数K2も計算できる。
Further, when differentiating the
ΔG = C · K2 · T K2-1 · ΔT = G · K2 · ΔT /
When
ΔG / G = K2 · ΔT /
K2 = Ka / Kt ... Formula 25
In this equation 25, Kt is the Weber ratio related to the steering torque, and Ka is the Weber ratio related to the lateral acceleration, both of which are given as constants. Therefore, using these Weber ratios Kt and Ka, the above equation is used. Based on 25, the coefficient K2 can also be calculated.
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12から下記式26が導かれる。
C=Gmax/TmaxK2 …式26
そして、この式26においては、GmaxおよびTmaxは実験及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25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。
If the maximum value of the lateral acceleration is Gmax and the maximum value of the steering torque is Tmax, the following expression 26 is derived from the
C = Gmax / Tmax K2 Equation 26
In Equation 26, Gmax and Tmax are constants determined by experiments and systems, and K2 is calculated by Equation 25. Therefore, a constant (coefficient) C can also be calculated.
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1〜16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1〜16を用いて、運転者の知覚特性に合った反力トルクTzf,Tzd、操舵トルクTdf,Tdrおよび見込み横加速度Gdf,Gdrを計算できる。
As described above, the maximum value θmax of the steering angle θ, the maximum value Tmax of the steering torque T, the maximum value Gmax of the lateral acceleration G, the minimum steering torque To, the minimum sensed lateral acceleration Go, the Weber ratio Kt regarding the steering torque T, and the lateral If the Weber ratio Ka relating to acceleration is determined by experiments and systems, the coefficients K1, K2, and C in the
ふたたび、図2の説明の戻ると、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Gdf,Gdrは、転舵角変換部53に供給される。なお、転舵角変換部53は、トルク−横加速度変換部52から供給される見込み横加速度Gdf,Gdrがいずれの場合であっても後述する計算を同様に実行するため、以下の説明においては見込み横加速度Gdf,Gdrをまとめて見込み横加速度Gdとして説明する。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。
Returning to the description of FIG. 2 again, the expected lateral accelerations Gdf and Gdr calculated by the torque-lateral
なお、目標転舵角δdは下記式27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27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27
ただし、前記式27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は予め決められた所定値である。
Since the target turning angle δd is a function of the vehicle speed V and the lateral acceleration G as shown in the following equation 27, it can be calculated by executing the calculation of the following equation 27 instead of referring to the table. it can.
δd = L · (1 + A · V 2 ) · Gd / V 2 Equation 27
However, L in the formula 27 is a predetermined value indicating a wheel base, and A is a predetermined value.
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28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+K3・(Gd−G) …式28
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。
The calculated target turning angle δd is supplied to the turning
δda = δd + K3 · (Gd−G) Equation 28
However, the coefficient K3 is a positive constant determined in advance, and when the actual lateral acceleration G is less than the expected lateral acceleration Gd, the coefficient K3 is corrected so that the absolute value of the corrected target turning angle Δda becomes larger. When the actual lateral acceleration G exceeds the expected lateral acceleration Gd, the correction target turning angle δda is corrected to be smaller. By this correction, the turning angles of the left and right front wheels FW1, FW2 necessary for the expected lateral acceleration Gd are more accurately ensured.
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。
The calculated corrected target turning angle δda is supplied to the
上記作動説明からも理解できるように、上記第1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Tdfまたはヒステリシス項Mh1が付与された操舵トルクTdrに変換される。また、変換された操舵トルクTdf,Tdrはトルク−横加速度変換部52によって見込み横加速度Gdfまたはヒステリシス項Mh2が付与された見込み横加速度Gdrに変換される。そして、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Gdf,Gdrの発生に必要な補正目標転舵角δdaに転舵される。このように、ヒステリシス項Mh1, Mh2を付与することにより、切込み操作と戻し操作間にヒステリシス特性を付与することができ、例えば、外乱(例えば、路面から転舵輪を介して操舵ハンドル11に伝達される回動力)などによって、運転者が意図しない操舵ハンドル11の回動が生じた場合であっても、運転者が見込んでいる見込み横加速度Gdf,Gdrが確保される。これにより、見込み横加速度Gdf,Gdrで車両が運動するために必要な補正目標転舵角δdaに左右前輪FW1,FW2が転舵された状態が維持されるため、車両挙動の乱れを良好に抑制することができる。
As can be understood from the above description of the operation, according to the first embodiment, the steering angle θ as the operation input value of the driver with respect to the steering handle 11 is obtained by the steering torque Tdf or the hysteresis term Mh1 by the displacement-
また、ヒステリシス項Mh1,Mh2が操舵トルクTdf,Tdrに応じて決定されることにより、運転者の操舵ハンドル11操作に対して、最適なヒステリシス特性を付与することができる。このため、運転者は操舵ハンドル11の操作に関する違和感や同操舵ハンドル11の操作に起因する車両の挙動に違和感を覚えることがない。さらに、切込み操作を判別するための検出時間に対して戻し操作を判別するための検出時間を大きく(長く)設定し、切込み操作と戻し操作とを判別してヒステリシス特性を付与することができる。これにより、例えば、運転者による操舵ハンドル11の微小な回動操作、より具体的には、運転者による微小な戻し操作に伴う頻繁なヒステリシス特性の付与を抑制することができる。したがって、運転者は、切込み操作と戻し操作間の頻繁な変更に伴う違和感を覚えることがない。
In addition, since the hysteresis terms Mh1 and Mh2 are determined according to the steering torques Tdf and Tdr, optimum hysteresis characteristics can be given to the operation of the
また、操舵角θが所定の操舵角θz未満であるときには、前記式1,3および前記式6,8に従って操舵トルクTd(反力トルクTz)を「0」に収束させることができるため、操舵ハンドル11の中立位置付近すなわち操舵角θが「0」付近での回動方向への振動の発生を防止することができる。
Further, when the steering angle θ is less than the predetermined steering angle θz, the steering torque Td (reaction force torque Tz) can be converged to “0” according to the
そして、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と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から計算される操舵トルクTdに対してべき乗関数的(式12を式16に変形することにより操舵角θに対して指数関数的)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。
Since the steering torque Td is equal to the reaction force torque Tz, the steering torque Td is a physical quantity that can be perceived by the driver from the steering handle 11 by the action of the
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するとともに、同検出された操舵トルクを操舵トルクTとして出力する操舵トルクセンサ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。
Next, a modification of the first embodiment in which the steering torque T is used as the operation input value of the steering handle 11 will be described. In this modified example, as indicated by a broken line in FIG. 1, the steering torque that is assembled to the
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、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、上記第1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Tdf,Tdr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を用いて見込み横加速度Gdf,Gdrを計算する。すなわち、操舵トルクセンサ38から出力される操舵トルクTは、入力された操舵トルクに対し、切込み操作または戻し操作に応じて前記式6〜10と同様の計算が実行されて出力され、前記式11〜16と同様の計算を実行して見込み横加速度Gdf,Gdrを決定する。なお、この場合も、前記式11〜16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Gdf,Gdr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。
In the case of this modification, in the functional block diagram of FIG. 2 representing the computer program, the displacement-
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Gdfまたはヒステリシス項Mh2が付与された見込み横加速度Gdr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Gdf,Gdr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Gdf,Gdrはべき乗関数的(式12を式16に変形することにより、また、同様に式14を変形することにより指数関数的)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。したがって、この変形例においても、上記第1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、上記第1実施形態の場合と同様な効果が期待される。
According to this modification, the steering torque T as the driver's operation input value for the steering handle 11 is converted by the torque-lateral
さらに、上記第1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、上記第1実施形態のように変位−トルク変換部51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38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。
Furthermore, the vehicle steering control according to the first embodiment and the vehicle steering control according to the modification may be switchable. That is, both the
また、上記第1実施形態においては、転舵角補正部61が、見込み横加速度Gdと実横加速度Gとの差Gd−Gに応じて目標転舵角δdを補正するようにした。しかし、これに代え、または加えて、転舵角補正部61が、見込み横加速度Gdに対応した見込みヨーレートγdと実ヨーレートγとの差γd−γに応じて目標転舵角δdを補正するようにしてもよい。この場合、見込みヨーレートγdを、見込み横加速度Gdおよび車速Vを用いて下記式29の演算により計算する。
γd=Gd/V …式29
In the first embodiment, the turning
γd = Gd / V Equation 29
そして、この計算した見込みヨーレートγdと、図1に破線で示すよう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とを用いた下記式30に基づいて補正目標転舵角δdaを計算するようにすればよい。
δda=δd+K4・(γd−γ) …式30
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。
Then, the corrected target turning angle δda is calculated based on the following equation 30 using the calculated expected yaw rate γd and the actual yaw rate γ detected by the
δda = δd + K4 · (γd−γ) Equation 30
However, the coefficient K4 is a predetermined positive constant, and when the actual yaw rate γ is less than the expected yaw rate γd, the coefficient K4 is corrected so that the absolute value of the corrected target turning angle δda becomes larger. When the actual yaw rate γ exceeds the expected yaw rate γd, the absolute value of the corrected target turning angle δda is corrected. By this correction, the turning angles of the left and right front wheels FW1, FW2 necessary for the expected yaw rate γd are more accurately ensured.
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を検出して出力するヨーレートセンサ39を備えている。
b. Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention using a yaw rate instead of the lateral acceleration as the motion state quantity in the first embodiment will be described. In the second embodiment, as indicated by a broken line in FIG. 1, instead of the
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6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は上記第1実施形態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。
In the second embodiment, the computer program executed by the
このトルク−ヨーレート変換部54は、変位−トルク変換部51から計算された操舵トルクTdf,Tdrが供給される。なお、この第2実施形態においても、トルク−ヨーレート変換部54は、変位−トルク変換部51から供給される操舵トルクTdf,Tdrがいずれの場合であっても後述する計算を同様に実行するため、以下の説明においては操舵トルクTdf,Tdrをまとめて操舵トルクTdとして説明する。そして、トルク−ヨーレート変換部54は、運転者が操舵ハンドル11の切込み操作により見込んでいる見込みヨーレートγdfを下記式31,32に従って計算し、戻し操作により見込んでいる見込みヨーレートγdrを下記式33,34に従って計算する。このとき、トルク−ヨーレート変換部54は、見込みヨーレートγdf,γdr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31,33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32,34に従って計算する。ここで、下記式31または式33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γdf,γdrが「0」となる関数である。また、下記式32,34は上記実施形態と同じく操舵トルクTdのべき乗関数であり、下記式31,33と所定値Tgにて連続的に接続するものである。
γdf=b1・Td (|Td|<Tg) …式31
γdf=C・TdK2 (Tg≦|Td|) …式32
γdr=b2・Td−Mh2 (|Td|<Tg) …式33
γdr=C・(Td−Mh2)K2 (Tg≦|Td|) …式34
ただし、前記式31中のb1および前記式33中のb2は一次関数の傾きを表す定数であり、前記式32,34中のC,K2は定数である。また、前記式31〜34中の操舵トルクTdは前記式6〜10を用いて計算した操舵トルクTd(すなわち操舵トルクTdf,Tdr)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b1,b2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b1,b2および定数Cを前記正の定数b1,b2および定数Cと同じ絶対値を有する負の値とする。
The torque-yaw
γdf = b1 · Td (| Td | <Tg)
γdf = C · Td K2 (Tg ≦ | Td |)
γdr = b2 · Td−Mh2 (| Td | <Tg)
γdr = C · (Td−Mh2) K2 (Tg ≦ | Td |)
However, b1 in the
また、前記式33,34中のMh2は、運転者による操舵ハンドル11の回動操作が切込み操作から戻し操作に変わった際に、計算される見込みヨーレートγdfと見込みヨーレートγdrとを連続的に繋げるためすなわち切込み操作と戻し操作間でヒステリシス特性を構成するためのヒステリシス項である。このヒステリシス項Mh2は、ある操舵トルクTdが供給された時点における切込み操作時の見込みヨーレートγdfと戻し操作時の見込みヨーレートγdrとの比率に基づいて決定され、下記式35のように表される。
Mh2=nq・(Kq・Td) …式35
ただし、前記式35中のKqは操舵トルクTdに対するウェーバー比であり、nqは最小変化感度に対する所定の係数である。なお、本実施形態においても、ヒステリシス項Mh2を前記式35のように操舵角θを含まずに導出するように実施したが、これに代えてまたは加えて、例えば、操舵角θを含んで同操舵角θに依存するように導出することも可能である。
Mh2 in the
Mh2 = nq · (Kq · Td)
In
このように、ヒステリシス項Mh2が計算されることにより、前記式31または式32に従って計算された見込みヨーレートγdfと前記式33または式34に従って計算された見込みヨーレートγdrとが連続的に繋がるため、見込みヨーレートγdfから見込みヨーレートγdrへ、逆に、見込みヨーレートγdrから見込みヨーレートγdfへスムーズに切り替えることができる。また、前記式35に従ってヒステリシス項Mh2が計算されることにより、切込み操作と戻し操作間の変更時点における見込みヨーレートγdf,γdrが維持される。このため、後述するように、見込みヨーレートγdf,γdrに基づいて計算される補正目標転舵角δdaに転舵された左右前輪FW1,FW2は、例えば、道路から入力される外乱などによって、その実転舵角δが変化することを防止することができ、運転者が見込んだ車両の挙動を維持することができる。
Since the hysteresis term Mh2 is thus calculated, the expected yaw rate γdf calculated according to the
さらに、操舵トルクTdが所定値Tg未満のときに、前記式31および前記式33に従って見込みヨーレートγdfおよび見込みヨーレートγdrが計算されることにより、操舵ハンドル11が中立位置を跨いで回動操作される場合であっても、前記式31および前記式33は、原点「0」を通る関数であるため、見込みヨーレートγdfと見込みヨーレートγdrが非連続となることが防止される。
Further, when the steering torque Td is less than the predetermined value Tg, the expected yaw rate γdf and the expected yaw rate γdr are calculated according to the
すなわち、所定値Tg未満においては、前記式31および前記式33は、ともに原点「0」を通る関数である。このため、運転者が見込みヨーレートを、例えば、右方向から左方向へ変化するヨーレートを見込んだとすれば、トルク−横加速度変換部52は、前記式33に従って一次関数的に「0」に収束する見込みヨーレートγdrを計算するとともに前記式31に従って「0」から一次関数的に増大する見込みヨーレートγdfを計算する。したがって、見込みヨーレートγdfと見込みヨーレートγdrは、「0」で連続となり、見込みヨーレートの知覚方向が変化する場合、言い換えると、検出操舵角θが正負逆転する場合においても、極めてスムーズに見込みヨーレートγdf,γdrを切り替えることができて、運転者は違和感を覚えることがない。なお、この場合も、前記式31〜35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γdf,γdr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、見込みヨーレートγdf,γdrを計算するようにしてもよい。
In other words, when the value is less than the predetermined value Tg, both the
また、トルク−ヨーレート変換部54にて計算された見込みヨーレートγdf,γdrは、転舵角変換部55に供給される。なお、転舵角変換部55は、トルク−ヨーレート変換部54から供給される見込みヨーレートγdf,γdrがいずれの場合であっても後述する計算を同様に実行するため、以下の説明においては見込みヨーレートγdf,γdrをまとめて見込みヨーレートγdとして説明する。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8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、トルク−ヨーレート変換部54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。
The expected yaw rates γdf and γdr calculated by the torque-yaw
なお、目標転舵角δdは下記式36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36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36
ただし、前記式36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は予め決められた所定値である。
Since the target turning angle δd is a function of the vehicle speed V and the yaw rate γ as shown in the following
δd = L · (1 + A · V 2 ) · γd /
However, also in the
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37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・(γd−γ) …式37
ただし、係数K5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。
The calculated target turning angle δd is supplied to the turning
δda = δd + K5 · (γd−γ)
However, the coefficient K5 is a predetermined positive constant. When the actual yaw rate γ is less than the expected yaw rate γd, the coefficient K5 is corrected so that the absolute value of the corrected target turning angle δda becomes larger. When the actual yaw rate γ exceeds the expected yaw rate γd, the absolute value of the corrected target turning angle δda is corrected. By this correction, the turning angle δ of the left and right front wheels FW1, FW2 necessary for the expected yaw rate γd is more accurately ensured.
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6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。
The other program processing executed by the
そして、上記説明した第2実施形態においても、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Tdfまたはヒステリシス項Mh1が付与された操舵トルクTdrに変換される。また、ヨーレートγdfまたはヒステリシス項Mh2が付与されたヨーレートγdrに変換される。そして、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γdf,γdrの発生に必要な補正目標転舵角δdaに転舵される。このように、ヒステリシス項Mh1, Mh2を付与することにより、切込み操作と戻し操作間にヒステリシス特性を付与することができ、例えば、外乱(例えば、路面から転舵輪を介して操舵ハンドル11に伝達される回動力)などによって、運転者が意図しない操舵ハンドル11の回動が生じた場合であっても、運転者が見込んでいる見込みヨーレートγdf,γdrが確保される。これにより、見込みヨーレートγdf,γdrで車両が運動するために必要な補正目標転舵角δdaに左右前輪FW1,FW2が転舵された状態が維持されるため、車両挙動の乱れを良好に抑制することができる。
Also in the second embodiment described above, the steering angle θ as an operation input value of the driver with respect to the steering handle 11 is changed to the steering torque Tdr to which the steering torque Tdf or the hysteresis term Mh1 is applied by the displacement-
また、ヒステリシス項Mh1,Mh2が操舵トルクTdf,Tdrに応じて決定されることにより、運転者の操舵ハンドル11操作に対して、最適なヒステリシス特性を付与することができる。このため、運転者は操舵ハンドル11の操作に関する違和感や同操舵ハンドル11の操作に起因する車両の挙動に違和感を覚えることがない。さらに、切込み操作を判別するための検出時間に対して戻し操作を判別するための検出時間を大きく(長く)設定し、切込み操作と戻し操作とを判別してヒステリシス特性を付与することができる。これにより、例えば、運転者による操舵ハンドル11の微小な回動操作、より具体的には、運転者による微小な戻し操作に伴う頻繁なヒステリシス特性の付与を抑制することができる。したがって、運転者は、切込み操作と戻し操作間の頻繁な変更に伴う違和感を覚えることがない。
In addition, since the hysteresis terms Mh1 and Mh2 are determined according to the steering torques Tdf and Tdr, optimum hysteresis characteristics can be given to the operation of the
この場合も、操舵角θが所定の操舵角θz未満であるときには、前記式1,3に従って操舵トルクTd(反力トルクTz)を「0」に収束させることができるため、操舵ハンドル11の中立位置付近すなわち操舵角θが「0」付近での回動方向への振動の発生を防止することができる。
Also in this case, when the steering angle θ is less than the predetermined steering angle θz, the steering torque Td (reaction force torque Tz) can be converged to “0” according to the
そして、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。
Also in this case, since the steering torque Td is equal to the reaction force torque Tz, it is a physical quantity that can be perceived by the driver from the steering handle 11 by the action of the
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から計算される操舵トルクTdに対してべき乗関数的(上記第1実施形態の式12から式16への変形と同様に式32,34を変形することにより操舵角θに対して指数関数的)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、上記第1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。
Further, the yaw rate γ generated in the vehicle by the steering of the left and right front wheels FW1 and FW2 is a physical quantity that can be perceived, and the yaw rate γ is controlled to be equal to the expected yaw rate γd. A power function with respect to the steering torque Td calculated from θ (exponential function with respect to the steering angle θ by modifying the
また、転舵角補正部63は、車両に実際に発生している実ヨーレートγが操舵ハンドル11の操舵角θに正確に対応した実ヨーレートγ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ヨーレートを知覚しながら、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、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。
Further, the turning
また、この第2実施形態においても、上記第1実施形態の場合と同様に、操舵ハンドル11の操作入力値として操舵トルクTを利用するように変形することもできる。この変形例においても、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操舵トルクTとして出力する操舵トルクセンサ38を備えている。そして、変位−トルク変換部51が省略され、トルク−ヨーレート変換部54が、変位−トルク変換部51にて計算される操舵トルクTdf,Tdr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を用いて見込みヨーレートγdfまたはヒステリシス項Mh2が付与されたヨーレートγdrを計算する。すなわち、操舵トルクセンサ38から出力される操舵トルクTは、入力された操舵トルクに対し、切込み操作または戻し操作に応じて前記式6〜10と同様の計算が実行されて出力され、前記式31〜35と同様の計算を実行して見込みヨーレートγdf,γdrを決定する。なお、この場合も、前記式31〜35の演算の実行に代え、図7に示す特性を表すテーブルを用いて見込みヨーレートγdf,γdr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2実施形態の場合と同じである。
In the second embodiment, as in the case of the first embodiment, the steering torque T can be used as the operation input value of the
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−ヨーレート変換部54によって見込みヨーレートγdf,γdr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。このとき、出力される操舵トルクTは、入力された操舵トルクに対して、前記式6〜10と同様の計算を実行して出力される。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に対して見込みヨーレートγdf,γdrはべき乗関数的(上記第1実施形態の式12から式16への変形と同様に式32,34を変形することにより指数関数的)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。したがって、この変形例においても、上記第2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ので、上記第2実施形態の場合と同様な効果が期待される。
According to this modification, the steering torque T as an operation input value of the driver for the steering handle 11 is converted into the expected yaw rates γdf and γdr by the torque-yaw
さらに、上記第2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換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、上記第2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操舵トルクTdを用いて見込みヨーレートγdを計算する場合と、操舵トルクセンサ38によって出力された操舵トルクTを用いて見込みヨーレートγdを計算する場合とを切り換えて利用可能とすることもできる。この場合、前記切り換えを、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換えるようにするとよい。
Furthermore, the vehicle steering control according to the second embodiment and the vehicle steering control according to the modification may be switchable. That is, both the
また、上記第2実施形態においては、転舵角補正部63が、見込みヨーレートγdと実ヨーレートγとの差γd−γに応じて目標転舵角δdを補正するようにした。しかし、これに代え、または加えて、転舵角補正部61が、見込みヨーレートγdに対応した見込み横加速度Gdと実横加速度Gとの差Gd−Gに応じて目標転舵角δdを補正するようにしてもよい。この場合、見込み横加速度Gdを、見込みヨーレートγdおよび車速Vを用いて下記式38の演算により計算する。
Gd=γd・V …式38
In the second embodiment, the turning
Gd = γd ·
そして、この計算した見込み横加速度Gdと、新たに設けた横加速度センサ34(図1参照)によって検出された実横加速度Gとを用いた下記式39に基づいて補正目標転舵角δdaを計算するようにすればよい。
δda=δd+K6・(Gd−G) …式39
ただし、係数K6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。
Then, the corrected target turning angle δda is calculated based on the following
δda = δd + K6 (Gd−G)
However, the coefficient K6 is a predetermined positive constant, and when the actual lateral acceleration G is less than the expected lateral acceleration Gd, the coefficient K6 is corrected so that the absolute value of the corrected target turning angle δda becomes larger. When the actual lateral acceleration G exceeds the expected lateral acceleration Gd, the correction target turning angle δda is corrected to be smaller. By this correction, the turning angles of the left and right front wheels FW1, FW2 necessary for the expected lateral acceleration Gd are more accurately ensured.
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。
c. Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention using a turning curvature instead of the lateral acceleration as the motion state quantity in the first embodiment will be described. The third embodiment is also configured as shown in FIG. 1 as in the first embodiment. However, the computer program executed by the
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9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は上記第1実施形態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52に代えてトルク−曲率変換部56が設けられている。
In the third embodiment, the computer program executed by the
このトルク−曲率変換部56は、変位−トルク変換部51から計算された操舵トルクTdf,Tdrが供給される。なお、この第3実施形態においても、トルク−曲率変換部56は、変位−トルク変換部51から供給される操舵トルクTdf,Tdrがいずれの場合であっても後述する計算を同様に実行するため、以下の説明においては操舵トルクTdf,Tdrをまとめて操舵トルクTdとして説明する。そして、トルク−曲率変換部56は、運転者が操舵ハンドル11の切込み操作により見込み旋回曲率ρdfを下記式40,41に従って計算し、戻し操作により見込んでいる見込み旋回曲率ρdrを下記式42,43に従って計算する。このとき、トルク−曲率変換部56は、見込み旋回曲率ρdf,ρdr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40,42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41,43に従って計算する。ここで、下記式40または式42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」のときに見込み旋回曲率ρdf,ρdrが「0」となる関数である。また、下記式41,43は上記実施形態と同じく操舵トルクTdのべき乗関数であり、下記式40,42と所定値Tgにて連続的に接続するものである。
ρdf=b1・Td (|Td|<Tg) …式40
ρdf=C・TdK2 (Tg≦|Td|) …式41
ρdr=b2・Td−Mh2 (|Td|<Tg) …式42
ρdr=C・(Td−Mh2)K2 (Tg≦|Td|) …式43
ただし、前記式40中のb1および前記式42中のb2は一次関数の傾きを表す定数であり、前記式41,43中のC,K2は定数である。また、前記式40〜43中の操舵トルクTdは前記式6〜10を用いて計算した操舵トルクTd(すなわち操舵トルクTdf,Tdr)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b1,b2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b1,b2および定数Cを前記正の定数b1,b2および定数Cと同じ絶対値を有する負の値とする。
The torque-
ρdf = b1 · Td (| Td | <Tg)
ρdf = C · Td K2 (Tg ≦ | Td |)
ρdr = b2 · Td−Mh2 (| Td | <Tg)
ρdr = C · (Td−Mh2) K2 (Tg ≦ | Td |) Equation 43
However, b1 in the
また、前記式42,43中のMh2は、運転者による操舵ハンドル11の回動操作が切込み操作から戻し操作に変わった際に、計算される見込み旋回曲率ρdfと見込み旋回曲率ρdrとを連続的に繋げるためすなわち切込み操作と戻し操作間でヒステリシス特性を構成するためのヒステリシス項である。このヒステリシス項Mh2は、ある操舵トルクTdが供給された時点における切込み操作時の見込み旋回曲率ρdfと戻し操作時の見込み旋回曲率ρdrとの比率に基づいて決定され、下記式44のように表される。
Mh2=nq・(Kq・Td) …式44
ただし、前記式44中のKqは操舵トルクTdに対するウェーバー比であり、nqは最小変化感度に対する所定の係数である。なお、本実施形態においても、ヒステリシス項Mh2を前記式44のように操舵角θを含まずに導出するように実施したが、これに代えてまたは加えて、例えば、操舵角θを含んで同操舵角θに依存するように導出することも可能である。
In addition, Mh2 in the
Mh2 = nq · (Kq · Td) ... Formula 44
In Equation 44, Kq is the Weber ratio with respect to the steering torque Td, and nq is a predetermined coefficient for the minimum change sensitivity. In this embodiment as well, the hysteresis term Mh2 is derived without including the steering angle θ as in the formula 44, but instead of or in addition to this, for example, the hysteresis term Mh2 includes the steering angle θ. It is also possible to derive so as to depend on the steering angle θ.
このように、ヒステリシス項Mh2が計算されることにより、前記式40または式41に従って計算された見込み旋回曲率ρdfと前記式42または式43に従って計算された見込み旋回曲率ρdrとが連続的に繋がるため、見込み旋回曲率ρdfから見込み旋回曲率ρdrへ、逆に、見込み旋回曲率ρdrから見込み旋回曲率ρdfへスムーズに切り替えることができる。また、前記式44に従ってヒステリシス項Mh2が計算されることにより、切込み操作と戻し操作間の変更時点における見込み旋回曲率ρdf,ρdrが維持される。このため、後述するように、見込み旋回曲率ρdf,ρdrに基づいて計算される補正目標転舵角δdaに転舵された左右前輪FW1,FW2は、例えば、道路から入力される外乱などによって、その実転舵角δが変化することを防止することができ、運転者が見込んだ車両の挙動を維持することができる。
Since the hysteresis term Mh2 is thus calculated, the expected turning curvature ρdf calculated according to the
さらに、操舵トルクTdが所定値Tg未満のときに、前記式40および前記式42に従って見込み旋回曲率ρdfおよび見込み旋回曲率ρdrが計算されることにより、操舵ハンドル11が中立位置を跨いで回動操作される場合であっても、前記式40および前記式42は、原点「0」を通る関数であるため、見込み旋回曲率ρdfと見込み旋回曲率ρdrが非連続となることが防止される。
Further, when the steering torque Td is less than the predetermined value Tg, the expected turning curvature ρdf and the expected turning curvature ρdr are calculated in accordance with the
すなわち、所定値Tg未満においては、前記式40および前記式42は、ともに原点「0」を通る関数である。このため、運転者が見込み旋回曲率を、例えば、右方向から左方向へ変化する旋回曲率を見込んだとすれば、トルク−曲率変換部56は、前記式42に従って一次関数的に「0」に収束する見込み旋回曲率ρdrを計算するとともに前記式40に従って「0」から一次関数的に増大する見込み旋回曲率ρdfを計算する。したがって、見込み旋回曲率ρdfと見込み旋回曲率ρdrは、「0」で連続となり、見込み旋回曲率の知覚方向が変化する場合、言い換えると、検出操舵角θが正負逆転する場合においても、極めてスムーズに見込み旋回曲率ρdf,ρdrを切り替えることができて、運転者は違和感を覚えることがない。なお、この場合も、前記式40〜式44の演算に代えて、操舵トルクTdに対する見込み旋回曲率ρdf,ρdr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、見込み旋回曲率ρdf,ρdrを計算するようにしてもよい。
In other words, when the value is less than the predetermined value Tg, both the
また、トルク−曲率変換部56にて計算された見込み旋回曲率ρdf,ρdrは、転舵角変換部57に供給される。なお、転舵角変換部57は、トルク−曲率変換部56から供給される見込み旋回曲率ρdf,ρdrがいずれの場合であっても後述する計算を同様に実行するため、以下の説明においては見込み旋回曲率ρdf,ρdrをまとめて見込み旋回曲率ρdとして説明する。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11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、転舵角変換部57から供給される見込み横加速度γdが負であれば、出力される目標転舵角δdも負となる。
The expected turning curvatures ρdf and ρdr calculated by the torque-
なお、目標転舵角δdは下記式45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45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45
ただし、前記式45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は予め決められた所定値である。
Since the target turning angle δd is a function of the vehicle speed V and the turning curvature ρ as shown in the following formula 45, it can be calculated by executing the calculation of the following formula 45 instead of referring to the table. it can.
δd = L · (1 + A · V 2 ) · ρd Equation 45
However, also in the formula 45, L is a predetermined value indicating the wheel base, and A is a predetermined value.
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と、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46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46
The calculated target turning angle δd is supplied to the turning
ρ = G / V 2 or ρ = γ / V Equation 46
そして、転舵角補正部64は、下記式47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+K7・(ρd−ρ) …式47
ただし、係数K7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。
And the turning angle correction |
δda = δd + K7 · (ρd−ρ) Equation 47
However, the coefficient K7 is a predetermined positive constant, and when the actual turning curvature ρ is less than the expected turning curvature ρ, the coefficient K7 is corrected so that the absolute value of the corrected target turning angle δda becomes larger. When the actual turning station rate ρ exceeds the expected turning curvature ρd, the absolute value of the corrected target turning angle δda is corrected to be smaller. By this correction, the turning angles of the left and right front wheels FW1, FW2 necessary for the expected turning curvature ρd are more accurately ensured.
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9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。
The other program processing executed by the
そして、上記説明した第3実施形態においても、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Tdfまたはヒステリシス項Mh1が付与された操舵トルクTdrに変換される。また、変換された操舵トルクTdf,Tdrはトルク−旋回曲率変換部56によって見込み旋回曲率ρdfまたはヒステリシス項Mh2が付与された見込み旋回曲率ρdrに変換される。そして、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ρdf,ρdrの発生に必要な補正目標転舵角δdaに転舵される。このように、ヒステリシス項Mh1, Mh2を付与することにより、切込み操作と戻し操作間にヒステリシス特性を付与することができ、例えば、外乱(例えば、路面から転舵輪を介して操舵ハンドル11に伝達される回動力)などによって、運転者が意図しない操舵ハンドル11の回動が生じた場合であっても、運転者が見込んでいる見込み旋回曲率ρdf,ρdrが確保される。これにより、見込み旋回曲率ρdf,ρdrで車両が運動するために必要な補正目標転舵角δdaに左右前輪FW1,FW2が転舵された状態が維持されるため、車両挙動の乱れを良好に抑制することができる。
Also in the third embodiment described above, the steering angle θ as an operation input value of the driver with respect to the steering handle 11 is changed to the steering torque Tdr to which the steering torque Tdf or the hysteresis term Mh1 is given by the displacement-
また、ヒステリシス項Mh1,Mh2が操舵トルクTdf,Tdrに応じて決定されることにより、運転者の操舵ハンドル11操作に対して、最適なヒステリシス特性を付与することができる。このため、運転者は操舵ハンドル11の操作に関する違和感や同操舵ハンドル11の操作に起因する車両の挙動に違和感を覚えることがない。さらに、切込み操作を判別するための検出時間に対して戻し操作を判別するための検出時間を大きく(長く)設定し、切込み操作と戻し操作とを判別してヒステリシス特性を付与することができる。これにより、例えば、運転者による操舵ハンドル11の微小な回動操作、より具体的には、運転者による微小な戻し操作に伴う頻繁なヒステリシス特性の付与を抑制することができる。したがって、運転者は、切込み操作と戻し操作間の頻繁な変更に伴う違和感を覚えることがない。
In addition, since the hysteresis terms Mh1 and Mh2 are determined according to the steering torques Tdf and Tdr, optimum hysteresis characteristics can be given to the operation of the
また、操舵角θが所定の操舵角θz未満であるときには、前記式1,3に従って操舵トルクTd(反力トルクTz)を「0」に収束させることができるため、操舵ハンドル11の中立位置付近すなわち操舵角θが「0」付近での回動方向への振動の発生を防止することができる。
Further, when the steering angle θ is less than the predetermined steering angle θz, the steering torque Td (reaction force torque Tz) can be converged to “0” according to the
そして、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。
Also in this case, since the steering torque Td is equal to the reaction force torque Tz, it is a physical quantity that can be perceived by the driver from the steering handle 11 by the action of the
また、左右前輪FW1,FW2の転舵によって車両に発生する旋回曲率ρも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から計算される操舵トルクTdに対してべき乗関数的(上記第1実施形態の式12から式16への変形と同様に式41,43を変形することにより操舵角θに対して指数関数的)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、上記第1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。
Further, the turning curvature ρ generated in the vehicle by turning the left and right front wheels FW1 and FW2 is a physical quantity that can be perceived, and the turning curvature ρ is controlled to be equal to the expected turning curvature ρd. ρd is also a power function with respect to the steering torque Td calculated from the steering angle θ (similar to the transformation from the
また、転舵角補正部64は、車両に実際に発生している実旋回曲率ρが操舵ハンドル11の操舵角θに正確に対応した実旋回曲率ρで旋回する。その結果、運転者は、人間の知覚特性にさらに正確に合った旋回曲率を知覚しながら、操舵ハンドル11を操作できるようになるので、車両の運転がさらに簡単になる。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。
Further, the turning
また、この第3実施形態においても、上記第1実施形態の場合と同様に、操舵ハンドル11の操作入力値として操舵トルクTを利用するように変形することもできる。この変形例においても、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操舵トルクTとして出力する操舵トルクセンサ38を備えている。そして、変位−トルク変換部51が省略され、トルク−曲率変換部56が、変位−トルク変換部51にて計算される操舵トルクTdf,Tdrに代えて、操舵トルクセンサ38によって出力された操舵トルクTを用いた前記式40〜44の演算の実行により見込み旋回曲率ρdf,ρdrを計算する。すなわち、操舵トルクセンサ38から出力される操舵トルクTは、入力された操舵トルクに対し、切込み操作または戻し操作に応じて前記式6〜10と同様の計算を実行して出力され、前記式40〜44と同様の計算を実行して見込み旋回曲率ρdf,ρdrを決定する。なお、この場合も、前記式40〜44の演算の実行に代え、図10に示す特性を表すテーブルを用いて見込み旋回曲率ρdf,ρdr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第3実施形態の場合と同じである。
In the third embodiment, as in the case of the first embodiment, the steering torque T can be used as the operation input value of the
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−曲率変換部56によって見込み旋回曲率ρdf,ρdr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。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に対して見込み旋回曲率ρdはべき乗関数的(上記第1実施形態の式12から式16への変形と同様に式41,43を変形するこのより指数関数的)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。したがって、この変形例においても、上記第3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旋回曲率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、上記第3実施形態の場合と同様な効果が期待される。
According to this modification, the steering torque T as an operation input value of the driver for the steering handle 11 is converted into the expected turning curvatures ρdf and ρdr by the torque-
さらに、上記第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換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、上記第3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操舵トルクTdを用いて見込み旋回曲率ρdを計算する場合と、操舵トルクセンサ38によって出力された操舵トルクTを用いて見込み旋回曲率ρdを計算する場合とを切り換えて利用可能とすることもできる。この場合、前記切り換えを、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換えるようにするとよい。
Furthermore, the vehicle steering control according to the third embodiment and the vehicle steering control according to the modification may be switchable. That is, when both the
また、上記第3実施形態においては、転舵角補正部64が、見込み旋回曲率ρdと実旋回曲率ρとの差ρd−ρに応じて目標転舵角δdを補正するようにした。しかし、これに代え、または加えて、上記第1実施形態の場合と同様に、転舵角補正部61が、見込み旋回曲率ρに対応した見込み横加速度Gdと実横加速度Gとの差Gd−Gに応じて目標転舵角δdを補正するようにしてもよい。この場合、見込み横加速度Gdを、見込み旋回曲率ρdおよび車速Vを用いて下記式48の演算により計算する。
Gd=ρd・V2 …式48
In the third embodiment, the turning
Gd = ρd · V 2 Formula 48
また、上記第2実施形態の場合と同様に、転舵角補正部61が、見込み旋回曲率ρに対応した見込みヨーレートγdと実ヨーレートγとの差γd−γに応じて目標転舵角δdを補正するようにしてもよい。この場合、見込みヨーレートγdを、見込み旋回曲率ρdおよび車速Vを用いて下記式49の演算により計算する。
γd=ρd・V …式49
Similarly to the case of the second embodiment, the turning
γd = ρd · V Equation 49
d.その他の変形例
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。
d. Other Modifications Furthermore, the implementation of the present invention is not limited to the first to third embodiments and their modifications, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention. .
例えば、上記第1ないし第3実施形態及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。 For example, in the first to third embodiments and the modifications thereof, the steering handle 11 that is turned to steer the vehicle is used. However, instead of this, for example, a joystick-type steering handle that is linearly displaced may be used, or any other one that can be operated by the driver and instructed to steer the vehicle is used. May be.
また、上記第1ないし第3実施形態及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。
In the first to third embodiments and the modifications thereof, the left and right front wheels FW1 and FW2 are steered by rotating the steered output shaft 22 using the steered
さらに、上記第1ないし第3実施形態及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。 Further, in the first to third embodiments and the modifications thereof, the lateral acceleration, the yaw rate, and the turning curvature are each independently used as the vehicle motion state quantity that can be perceived by humans. However, the vehicle steering control may be performed by switching the amount of motion state of these vehicles by a selection operation by the driver or by automatically switching according to the traveling state of the vehicle. When switching automatically according to the running state of the vehicle, for example, the turning curvature is used as the motion state quantity when the vehicle is running at low speed, the yaw rate is used as the motion state quantity when the vehicle is running at medium speed, and the vehicle is running at high speed. Sometimes, lateral acceleration is used as the motion state quantity. According to this, appropriate steering control of the vehicle is performed according to the running state of the vehicle, and the driving of the vehicle becomes easier.
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…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。
FW1, FW2 ... front wheels, 11 ... steering handle, 12 ... steering input shaft, 13 ... reaction actuator, 21 ... steering actuator, 22 ... steering output shaft, 31 ... steering angle sensor, 32 ... steering angle sensor, 33 DESCRIPTION OF SYMBOLS ...
Claims (12)
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、前記操作入力値に応じて大きさが決定されるヒステリシスを付与し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。 A steering wheel operated by a driver to steer the vehicle, a steering actuator for steering the steered wheel, and the steered actuator according to the operation of the steering handle to drive and control the steered wheel. In a steering device for a steering-by-wire vehicle equipped with a steering control device for steering, the steering control device,
An operation input value detecting means for detecting an operation input value of a driver for the steering wheel;
A vehicle motion state that can be perceived by the driver in relation to the turning of the vehicle, and an operation input value for the steering handle and a predicted motion state amount of the vehicle that is in a predetermined exponential relationship or a power relationship with the operation input value. A motion state quantity calculating means for calculating by adding a hysteresis whose size is determined according to a value;
A turning angle calculation means for calculating a turning angle of the steered wheels necessary for the vehicle to move with the calculated expected motion state quantity, using the calculated expected motion state quantity;
A steering-by-wire system comprising: a steering control unit configured to control the steering actuator according to the calculated turning angle and to turn the steered wheels to the calculated turning angle. Vehicle steering device.
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、An operation input value detecting means for detecting an operation input value of a driver for the steering wheel;
前記操舵ハンドルに対する運転者の操作に関し、前記操作入力値の絶対値が増大する切込み操作と前記操作入力値の絶対値が減少する戻し操作とを判別する操作判別手段と、With respect to the driver's operation on the steering wheel, an operation determination means for determining a cutting operation in which the absolute value of the operation input value increases and a return operation in which the absolute value of the operation input value decreases;
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、前記操作判別手段によって前記切込み操作から前記戻し操作への変化が判別されたときに、または、前記戻し操作から前記切込み操作への変化が判別されたときに、前記操作入力値に対してヒステリシスを付与して計算する運動状態量計算手段と、The operation determination represents a vehicle motion state that can be perceived by the driver in relation to the turning of the vehicle, and a predicted motion state amount of the vehicle that has a predetermined exponential relationship or a power relationship with the operation input value to the steering wheel. When a change from the cutting operation to the returning operation is determined by the means, or when a change from the returning operation to the cutting operation is determined, a hysteresis is applied to the operation input value. A motion state quantity calculating means for calculating;
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、A turning angle calculation means for calculating a turning angle of the steered wheels necessary for the vehicle to move with the calculated expected motion state quantity, using the calculated expected motion state quantity;
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。A steering-by-wire system comprising: a steering control unit configured to control the steering actuator according to the calculated turning angle and to turn the steered wheels to the calculated turning angle. Vehicle steering device.
前記操作判別手段は、前記切込み操作を判別するための判別所定値に対して前記戻し操作を判別するための判別所定値を大きく設定して、前記切込み操作または前記戻し操作を判別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。 In the steering device for a steering-by-wire vehicle according to claim 2 ,
The operation determining means sets the determination predetermined value for determining the return operation larger than the determination predetermined value for determining the cutting operation, and determines the cutting operation or the returning operation. A steering-by-wire vehicle steering apparatus.
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、An operation input value detecting means for detecting an operation input value of a driver for the steering wheel;
前記操作入力値検出手段により検出した操作入力値が所定値未満であるときは同操作入力値に対して予め定めた関係に基づいて計算して前記操作入力値を前記操舵ハンドルに付与される操作力に変換するとともに、前記操作入力値が所定値以上であるときは同操作入力値と予め定めた指数関係に基づいて計算して前記操作入力値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入力値変換手段と、When the operation input value detected by the operation input value detection means is less than a predetermined value, the operation input value is calculated based on a predetermined relationship and the operation input value is given to the steering wheel. When the operation input value is equal to or greater than a predetermined value, the operation input value is calculated based on a predetermined exponential relationship and the operation input value is converted into an operation force applied to the steering wheel. Operation input value conversion means to perform,
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、前記操作入力値変換手段によって前記操作入力値が変換された操作力に対してヒステリシスを付与して計算する運動状態量計算手段と、A vehicle motion state that can be perceived by the driver in relation to the turning of the vehicle, and an operation input value for the steering handle and a predicted motion state amount of the vehicle that is in a predetermined exponential relationship or a power relationship with the operation input value. An exercise state quantity calculating means for applying a hysteresis to the operation force converted from the operation input value by the value converting means,
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、A turning angle calculation means for calculating a turning angle of the steered wheels necessary for the vehicle to move with the calculated expected motion state quantity, using the calculated expected motion state quantity;
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。A steering-by-wire system comprising: a steering control unit configured to control the steering actuator according to the calculated turning angle and to turn the steered wheels to the calculated turning angle. Vehicle steering device.
前記操作入力値に対して予め定めた関係は、前記検出した操作入力値が略0のときに前記操作力が略0となる関係を含む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。 In the steering device for a steering-by-wire vehicle according to claim 4 ,
The steering-by-wire vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein the predetermined relationship with respect to the operation input value includes a relationship in which the operation force is approximately 0 when the detected operation input value is approximately 0.
前記操作入力値に対して予め定めた関係と前記操作入力値と予め定めた指数関係とは、操作入力値の前記所定値にて互いに連続的に接続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。 In the steering device for a steering-by-wire vehicle according to claim 4 or 5 ,
The steering-by-wire system is characterized in that the predetermined relationship with respect to the operation input value and the operation input value and the predetermined exponent relationship are continuously connected to each other at the predetermined value of the operation input value. Vehicle steering device.
前記操作入力値に対して予め定めた関係は、前記操作入力値と前記操作力とが比例する比例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。 In the steering device for a steering-by-wire vehicle according to any one of claims 4 to 6 ,
The steering-by-wire vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein the predetermined relationship with respect to the operation input value is a proportional relationship in which the operation input value and the operation force are proportional.
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ステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。 In the steering device for a steering-by-wire vehicle according to any one of claims 1 to 7 ,
A steering-by-wire vehicle steering apparatus in which the operation input value detection means is constituted by a displacement amount sensor that detects a displacement amount of the steering wheel.
前記操作入力値検出手段を、前記操舵ハンドルに入力された操作力を検出して出力する操作力センサで構成したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。 In the steering device for a steering-by-wire vehicle according to any one of claims 1 to 3 ,
A steering-by-wire type vehicle steering apparatus in which the operation input value detecting means includes an operation force sensor that detects and outputs an operation force input to the steering wheel.
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。 The steering device for a steering-by-wire vehicle according to any one of claims 1 to 9 ,
The predicted motion state quantity is a steering-by-wire vehicle steering apparatus that is one of a lateral acceleration, a yaw rate, and a turning curvature of the vehicle.
前記計算した見込み運動状態量と同一種類であって車両の実際の運動状態を表す実運動状態量を検出する運動状態量検出手段と、
前記計算された見込み運動状態量と前記検出された実運動状態量との差に応じて前記計算された転舵角を補正する補正手段とを設け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。 The steering apparatus for a steering-by-wire vehicle according to any one of claims 1 to 10 , further comprising:
A motion state quantity detection means for detecting an actual motion state quantity that is the same type as the calculated expected motion state quantity and represents the actual motion state of the vehicle;
A steering-by-wire type vehicle characterized by comprising correction means for correcting the calculated turning angle in accordance with a difference between the calculated expected motion state quantity and the detected actual motion state quantity. Steering device.
前記操舵ハンドルの操作に対して反力を付与する反力装置を設け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。 The steering apparatus for a steering-by-wire vehicle according to any one of claims 1 to 11 , further comprising:
A steering-by-wire vehicle steering apparatus, comprising a reaction force device that applies a reaction force to the operation of the steering wheel.
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