JP4799272B2 - Vehicle steering device - Google Patents
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Abstract
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、操舵ハンドルの操作に対して反力を付与する反力アクチュエータと、転舵輪を転舵するための転舵アクチュエータと、操舵ハンドルの操作に応じて転舵アクチュエータを駆動制御して転舵輪を転舵する制御装置とを備えたステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置に関する。 The present invention includes a steering handle operated by a driver to steer a vehicle, a reaction force actuator that applies a reaction force to the operation of the steering handle, a turning actuator for turning steered wheels, The present invention relates to a steering device for a steering-by-wire vehicle including a control device that drives and controls a steered actuator according to an operation of a steering handle.
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 apparatus, the vehicle speed is also detected, the both turning angles are corrected based on the detected vehicle speed, and 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、上記従来の装置においては、運転者が知覚し得ない転舵角が操舵ハンドルの操作に対応させて直接的に決定され、同転舵角に応じた前輪の転舵によって車両が旋回する。そして、運転者はこの車両の旋回に起因した車両の横加速度、ヨーレートおよび旋回曲率を触覚または視覚により感じ取り、操舵ハンドルの操作にフィードバックして車両を所望の態様で旋回させていた。言い換えれば、運転者による操舵ハンドルの操作に対する前輪の転舵角は人間の知覚し得ない物理量であるので、運転者の操舵操作に対して直接的に決定される転舵角は運転者の知覚特性に合わせて決められたものではなく、これが車両の運転を難しくしていた。 That is, in the above-described conventional device, 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.
さらに、上記従来の装置においても、検出車速および検出ハンドル操舵角を用いて計算した目標ヨーレートと、検出した実ヨーレートとの差に応じて決定転舵角を補正するようにしているが、これは車両の挙動状態を考慮した転舵角の単なる補正であって、操舵ハンドルの操作により運転者が知覚するであろうヨーレートに応じて転舵角を決定しているわけではない。また、検出車速に基づいて、操舵ハンドルの操舵時点と転舵開始時点との間に位相差を設けるようにしているが、これは車両の旋回挙動を考慮した転舵制御の単なる補正であって、操舵ハンドルの操作により運転者の見込んだ車両の運動状態を生じさせるものではない。したがって、この場合も、運転者の操舵操作に対して決定される転舵角は運転者の知覚特性に合わせて決められたものではなく、違和感を覚えるとともに車両の運転を難しくしていた。 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. Also, based on the detected vehicle speed, a phase difference is provided between the steering time point of the steering wheel and the turning start time point, but this is merely a correction of the turning control in consideration of the turning behavior of the vehicle. The operation of the steering wheel does not cause the movement state of the vehicle as expected by the driver. 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, and the driver feels uncomfortable and makes driving the vehicle difficult.
これらの問題に対して、本願出願人は、下記特許文献3に開示された車両の操舵装置を提案している。この車両の操舵装置は、人間の知覚特性に関するウェーバー・ヘフナー(Weber-Fechner)の法則に基づき、運転者による操舵ハンドルの操作に対して運転者の知覚特性に合わせて車両を旋回させることができるものである。すなわち、ウェーバー・ヘフナーの法則によれば、人間の感覚量は与えられた刺激の物理量の対数に比例すると言われており、人間の操作量に対して人間に与えられる刺激の物理量を操作量が変位の場合には指数関数的に、操作量がトルクの場合にはべき乗関数的に変化させれば、操作量と物理量との関係を人間の知覚特性に合わせることができる。 In response to these problems, the applicant of the present application has proposed a vehicle steering apparatus disclosed in Patent Document 3 below. This vehicle steering device can turn the vehicle in accordance with the driver's perceptual characteristics in response to the driver's steering wheel operation based on Weber-Fechner's law regarding human perceptual characteristics. Is. That is, according to Weber-Hefner's law, it is said that the amount of human sensation is proportional to the logarithm of the physical quantity of the given stimulus, and the physical quantity of the stimulus given to the human relative to the amount of human manipulation is If the amount of operation is changed exponentially in the case of displacement and exponentially when the amount of operation is torque, the relationship between the amount of operation and the physical amount can be matched to human perceptual characteristics.
したがって、本願出願人が下記特許文献3によって開示する車両の操舵装置においては、運転者による操舵ハンドルの操作に対して、運転者が知覚し得る車両の運動状態量(横加速度、ヨーレート、旋回曲率など)を指数関数的またはべき乗関数的に変化させるようにしている。そして、指数関数的またはべき乗関数的に変化する車両の運動状態量を実現するために、転舵輪を非線形的に転舵制御するようにしている。これにより、運転者は、知覚特性に合わせて操舵ハンドルを操作して車両を運転することができるため、操舵ハンドルと転舵輪との機械的な連結を外した場合であっても、極めて容易に車両を旋回させることができる。
ところで、運転者による操舵ハンドルの操作に対して、転舵輪が非線形的に転舵制御される場合には、運転者による操舵ハンドルの操作状態や車両の車速に応じて、操舵ハンドルの操作に対して車両が極めて俊敏に旋回して、車両の旋回挙動が乱れる可能性がある。したがって、この状況においては、運転者は、操舵ハンドルを慎重に操作する必要がある。 By the way, when the steered wheels are steered in a non-linear manner in response to the steering wheel operation by the driver, the steering wheel operation can be performed according to the steering wheel operation state and the vehicle speed by the driver. As a result, the vehicle may turn extremely quickly, and the turning behavior of the vehicle may be disturbed. Therefore, in this situation, the driver needs to carefully operate the steering wheel.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、運転者による操舵ハンドルの操作に対して転舵輪が非線形的に転舵制御される車両の操舵装置において、運転者による操舵ハンドル操作に対する車両の旋回挙動変化を適切に制御して、車両の運転を易しくした車両の操舵装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a driver for a vehicle steering apparatus in which steered wheels are steered non-linearly in response to an operation of a steering wheel by the driver. It is an object of the present invention to provide a vehicle steering device that makes it easy to drive the vehicle by appropriately controlling the change in the turning behavior of the vehicle in response to the steering wheel operation.
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、車両を操舵するために運転者によって操作される操舵ハンドルと、同操舵ハンドルの操作に対して反力を付与するための反力アクチュエータと、転舵輪を転舵するための転舵アクチュエータと、前記操舵ハンドルの操作に応じて前記転舵アクチュエータを駆動して前記転舵輪を非線形的に転舵制御する制御装置とを備えたステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、前記制御装置を、前記操舵ハンドルに対する運転者の操作入力値を検出する操作入力値検出手段と、前記転舵輪の転舵に応じて車両の発生するヨーレートの変化量であって、前記検出された操作入力値に対する前記ヨーレートの変化量を表すヨーレートゲインの変化を制限するヨーレートゲイン制限手段と、前記制限されたヨーレートゲインを反映して車両が運動するための前記転舵輪の制限転舵量を計算する制限転舵量計算手段と、前記計算された制限転舵量に応じて前記転舵アクチュエータを制御して前記転舵輪を同計算された制限転舵量に転舵する転舵制御手段とで構成し、前記制御装置は、さらに、前記制限転舵量計算手段によって計算された制限転舵量に基づいて、前記操舵ハンドルの操作可能範囲を拡大して変更する操作範囲変更手段と、前記拡大して変更された操舵ハンドルの操作可能範囲に対応する反力を計算する反力計算手段と、前記計算された反力に応じて前記反力アクチュエータを制御して前記操舵ハンドルに同計算された反力を付与する反力制御手段とを備えることにある。 In order to achieve the above object, the features of the present invention include a steering handle operated by a driver to steer a vehicle, a reaction force actuator for applying a reaction force to the operation of the steering handle, A steering-by-wire system comprising a steering actuator for turning a steered wheel, and a control device for driving the steered actuator in response to an operation of the steering handle to nonlinearly control the steered wheel In the vehicle steering device, the control device is a change amount of a yaw rate generated by the vehicle in response to the operation input value detection means for detecting the operation input value of the driver for the steering handle and the turning of the steered wheels. A yaw rate gain limiting means for limiting a change in yaw rate gain representing a change amount of the yaw rate with respect to the detected operation input value; and the limit Limiting turning amount calculation means for calculating the limited turning amount of the steered wheels for the vehicle to move by reflecting the yaw rate gain, and controlling the turning actuator according to the calculated limiting turning amount The steered wheel is configured with a steered control unit that steers the steered wheel to the calculated limit steer amount, and the control device further sets the limit steer amount calculated by the limit steer amount calculating unit. An operation range changing means for enlarging and changing the operable range of the steering wheel, a reaction force calculating means for calculating a reaction force corresponding to the enlarged and changed operating range of the steering wheel, And a reaction force control means for controlling the reaction force actuator according to the calculated reaction force to apply the calculated reaction force to the steering handle .
この場合、前記制御装置は、さらに、車両の車速を検出する車速検出手段を備えており、前記ヨーレートゲイン制限手段は、前記検出された車速に応じて前記ヨーレートゲインの変化を制限するとよい。また、前記ヨーレートゲイン制限手段は、前記検出された操作入力値と、同操作入力値に対して非線形的に変化する前記転舵輪の転舵量との比を表す転舵ギア比を制限して、前記ヨーレートゲインの変化を制限するとよい。また、前記ヨーレートゲイン制限手段は、前記ヨーレートゲインが変化し得る上限を設定して、前記ヨーレートゲインの変化を制限するとよい。さらに、前記ヨーレートゲイン制限手段は、前記反力アクチュエータによって付与される反力を形成する粘性成分トルクを、前記操舵ハンドルの操作速度に応じて大きく設定して、前記ヨーレートゲインの変化を制限するとよい。 In this case, the control device may further include vehicle speed detecting means for detecting the vehicle speed of the vehicle, and the yaw rate gain limiting means may limit the change in the yaw rate gain according to the detected vehicle speed. Further, the yaw rate gain limiting means limits a turning gear ratio that represents a ratio between the detected operation input value and a turning amount of the steered wheel that changes nonlinearly with respect to the operation input value. The change in the yaw rate gain may be limited. The yaw rate gain limiting means may set an upper limit at which the yaw rate gain can change to limit the change in the yaw rate gain. Further, the yaw rate gain limiting means may set a viscous component torque that forms a reaction force applied by the reaction force actuator to be large in accordance with an operation speed of the steering wheel to limit a change in the yaw rate gain. .
また、前記制御装置を、さらに、車両の旋回に関係して運転者が知覚し得る車両の運動状態を表していて前記検出された操作入力値と予め定めた指数関係またはべき乗関係にある車両の見込み運動状態量を、前記検出された操作入力値を用いて計算する運動状態量計算手段と、前記計算された見込み運動状態量で車両が運動するために必要な前記転舵輪の感覚適合転舵量を、前記計算された見込み運動状態量を用いて計算する感覚適合転舵量計算手段と、前記感覚適合転舵量で旋回する車両に発生するヨーレートゲインと前記制限されたヨーレートゲインとを比較し、これらのヨーレートゲインのうちの小さいヨーレートゲインに対応する感覚適合転舵量または制限転舵量を前記転舵輪の目標転舵量として決定する転舵量決定手段とを備えて構成し、前記転舵制御手段は、前記転舵量決定手段によって決定された目標転舵量に応じて前記転舵アクチュエータを制御して前記転舵輪を同決定された目標転舵量に転舵するとよい。この場合、前記見込み運動状態量は、車両の横加速度、ヨーレートおよび旋回曲率のうちのいずれか一つであるとよい。 In addition, the control device further represents a motion state of the vehicle 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 detected operation input value. A motion state quantity calculating means for calculating a predicted motion state quantity using the detected operation input value, and a sensory adaptive turning of the steered wheels necessary for the vehicle to move with the calculated expected motion state quantity. A sensory adaptation turning amount calculation means for calculating the amount using the calculated expected motion state quantity, and a comparison between the yaw rate gain generated in the vehicle turning at the sensory adaptation turning amount and the limited yaw rate gain And a turning amount determining means for determining a sense-adapted turning amount or a limited turning amount corresponding to a small yaw rate gain among these yaw rate gains as a target turning amount of the steered wheels. The turning control means controls the turning actuator in accordance with the target turning amount determined by the turning amount determination means to turn the turning wheels to the determined turning amount. Good. In this case, the expected motion state quantity may be any one of a lateral acceleration, a yaw rate, and a turning curvature of the vehicle.
上記のように構成した本発明においては、操舵ハンドルに対する運転者の操作入力値(例えば、操舵角)を、車両の旋回に関係して運転者が知覚し得る車両の運動状態を表していて操舵ハンドルに対する操作入力値と予め定めた指数関係またはべき乗関係にある車両の見込み運動状態量(横加速度、ヨーレート、旋回曲率など)に変換することができる。そして、この変換された見込み運動状態量に基づいて、同見込み運動状態量で車両が運動するために必要な転舵輪の感覚適合転舵量(例えば、転舵角)を操舵ハンドルの操作入力値に対して非線形的に変化するように計算することができる。 In the present invention configured as described above, an operation input value (for example, a steering angle) of a driver with respect to a 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 steering It can be converted into a predicted motion state quantity (lateral acceleration, yaw rate, turning curvature, etc.) of the vehicle having a predetermined exponential relationship or a power relationship with the operation input value for the steering wheel. Then, based on the converted expected motion state amount, the steering wheel sense input turning amount (for example, the turning angle) necessary for the vehicle to move with the predicted motion state amount is an operation input value of the steering wheel. Can be calculated so as to change nonlinearly.
したがって、転舵輪が感覚適合転舵量に転舵されて車両が旋回すると、この旋回により、運転者には、前記ウェーバー・ヘフナーの法則による「与えられた刺激の物理量」として前記見込み運動状態量が与えられる。そして、この見込み運動状態量は操舵ハンドルへの操作入力値に対して指数関数的またはべき乗関数的に変化するものであるので、運転者は、人間の知覚特性に合った運動状態量を知覚しながら、操舵ハンドルを操作できる。なお、横加速度およびヨーレートについては、運転者が車両内の各部位との接触により触覚的に感じ取ることができる。また、旋回曲率については、運転者が車両の視野内の状況の変化により視覚的に感じ取ることができる。その結果、運転者は、人間の知覚特性に合わせて操舵ハンドルを操作できるので、車両の運転が簡単になる。 Therefore, when the steered wheels are steered to the sensory-adapted turning amount and the vehicle turns, the turning causes the driver to provide the expected motion state quantity as the “physical quantity of the given stimulus” according to the Weber-Hefner law. Is given. Since the expected motion state quantity changes exponentially or exponentially with respect to the operation input value to the steering wheel, the driver perceives the motion state quantity that matches human perception characteristics. While the steering wheel can be operated. 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, the driver can operate the steering wheel in accordance with human perceptual characteristics, so that driving of the vehicle is simplified.
一方で、例えば、運転者によって大きな操作入力値が入力された場合、言い換えれば、転舵輪が非線形に大きな転舵量で転舵された場合には、車両の旋回時に発生するヨーレートの変化量、より詳しくは、操作入力値あたりのヨーレートの変化量を表すヨーレートゲインが増大する。そして、ヨーレートゲインが増大した状態では、運転者による操舵ハンドルの操作に応じて車両が急峻に旋回するようになる。 On the other hand, for example, when a large operation input value is input by the driver, in other words, when the steered wheels are steered nonlinearly with a large steered amount, the amount of change in the yaw rate that occurs when the vehicle turns, More specifically, the yaw rate gain representing the amount of change in the yaw rate per operation input value increases. In a state where the yaw rate gain is increased, the vehicle turns sharply according to the operation of the steering wheel by the driver.
このことに対して、ヨーレートゲイン制限手段は、計算された感覚適合転舵量に転舵輪が転舵されることによって車両の発生するヨーレートゲインの変化(例えば、ヨーレートゲインの増大)を制限することができ、制限転舵量計算手段は、この制限されたヨーレートゲインで車両が運動するための制限転舵量(転舵角)を計算することができる。ここで、ヨーレートゲイン制限手段は、検出車速に応じて実行することができ、例えば、車速が小さい場合には、転舵ギア比の変化を制限するすなわち転舵輪の転舵変化量を制限することによってヨーレートゲインの変化を制限し、車速が大きい場合には、ヨーレートゲインの上限(例えば、予め設定された上限値)でヨーレートゲインの変化を制限することができる。また、ヨーレートゲインの変化は、操舵ハンドルの操作速度に依存して変化するため、ヨーレートゲイン制限手段は、反力アクチュエータの粘性成分トルクを大きく設定することによってヨーレートゲインの変化を制限することもできる。 On the other hand, the yaw rate gain limiting means limits a change in the yaw rate gain generated by the vehicle (for example, an increase in the yaw rate gain) by turning the steered wheels to the calculated sensory adaptation turning amount. The limited turning amount calculation means can calculate the limited turning amount (steering angle) for the vehicle to move with the limited yaw rate gain. Here, the yaw rate gain limiting means can be executed according to the detected vehicle speed. For example, when the vehicle speed is low, the change of the steering gear ratio is limited, that is, the amount of change in turning of the steered wheels is limited. Thus, the change in the yaw rate gain can be limited, and when the vehicle speed is high, the change in the yaw rate gain can be limited by the upper limit (for example, a preset upper limit value) of the yaw rate gain. Further, since the change in the yaw rate gain changes depending on the operation speed of the steering wheel, the yaw rate gain limiting means can also limit the change in the yaw rate gain by setting the viscous component torque of the reaction force actuator large. .
また、転舵量決定手段は、感覚適合転舵量で車両が旋回するときのヨーレートゲインと、制限転舵量で車両が旋回するときの制限されたヨーレートゲインとを比較することができる。そして、転舵量決定手段は、この比較に基づき、これらヨーレートゲインのうちの小さいヨーレートゲインとなる感覚適合転舵量または制限転舵量を目標転舵量として決定することができ、転舵制御手段は、転舵輪をこの目標転舵量に転舵することができる。 Further, the turning amount determination means can compare the yaw rate gain when the vehicle turns with the sensory-adapted turning amount and the limited yaw rate gain when the vehicle turns with the limited turning amount. Then, based on this comparison, the turning amount determination means can determine the sensory-adapted turning amount or the limited turning amount that becomes a small yaw rate gain among these yaw rate gains as the target turning amount, and the turning control. The means can steer the steered wheels to the target steer amount.
このように、ヨーレートゲインの大きさに基づいて転舵輪が転舵制御されることにより、車両の旋回挙動変化を適切に制限することができる。すなわち、運転者による操舵ハンドルの操作に応じて車両が旋回する場合、感覚適合転舵量で旋回する車両に発生するヨーレートゲインが制限されたヨーレートゲインよりも小さければ、転舵輪を感覚適合転舵量に転舵することができるため、運転者の知覚特性に合わせて車両を旋回させることができる。したがって、運転者は、車両を簡単に運転することができる。 Thus, the turning behavior of the vehicle can be appropriately limited by turning the steered wheels based on the magnitude of the yaw rate gain. That is, when the vehicle turns according to the steering wheel operation by the driver, if the yaw rate gain generated in the vehicle turning with the sense-adapted steering amount is smaller than the limited yaw rate gain, the steered wheel is sensed-adapted. Since the vehicle can be steered to an amount, the vehicle can be turned in accordance with the driver's perceptual characteristics. Therefore, the driver can drive the vehicle easily.
また、感覚適合転舵量で旋回する車両に発生するヨーレートゲインが制限されたヨーレートゲイン以上であれば、転舵輪を制限転舵量に転舵することができる。これにより、運転者による操舵ハンドルの操作に対して、ヨーレートゲインの変化(例えば、増大)が適切に制限されるため、車両が急峻に旋回することが確実に防止され、その結果、運転者は、車両の旋回挙動の乱れを気にすることなく、操舵ハンドルを操作することができる。したがって、これによっても、運転者は、車両を簡単に運転することができる。 Further, the steered wheel can be steered to the limit turning amount as long as the yaw rate gain generated in the vehicle turning with the sense-adapted turning amount is equal to or more than the restricted yaw rate gain. As a result, a change (for example, an increase) in the yaw rate gain is appropriately limited with respect to the steering wheel operation by the driver, so that the vehicle can be reliably prevented from turning sharply. The steering wheel can be operated without worrying about the disturbance of the turning behavior of the vehicle. Therefore, also by this, the driver can drive the vehicle easily.
ところで、転舵輪が制限転舵量で転舵される場合には、ヨーレートゲインの変化(例えば、増大)が制限される。このため、運転者が意図した旋回態様(より具体的には、意図した旋回半径など)で車両を旋回させるためには、操舵ハンドルをより多く操作することが必要となる。これに対して、操作範囲変更手段は、計算された制限転舵量に基づいて、操舵ハンドルの操作範囲を、例えば拡大するように適切に変更することができる。また、反力計算手段は、変更された操作範囲内における適切な反力を計算することができ、反力制御手段は、計算された反力を操舵ハンドルに付与することができる。これにより、運転者は、操舵ハンドルを操作することによって意図する旋回態様で車両を旋回させることができる。 By the way, when a steered wheel is steered by the limit turning amount, the change (for example, increase) of a yaw rate gain is restrict | limited. For this reason, in order to turn the vehicle in the turning mode (more specifically, the intended turning radius, etc.) intended by the driver, it is necessary to operate the steering handle more. On the other hand, the operation range changing means can appropriately change the operation range of the steering wheel based on the calculated limited turning amount, for example, to enlarge. Further, the reaction force calculation means can calculate an appropriate reaction force within the changed operation range, and the reaction force control means can apply the calculated reaction force to the steering wheel. Accordingly, the driver can turn the vehicle in an intended turning manner by operating the steering wheel.
a.第1実施形態
以下、本発明の第1実施形態に係る車両の操舵装置について図面を用いて説明する。図1は、第1実施形態の車両の操舵装置を概略的に示している。
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 steering apparatus for a vehicle according to a 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。
This steering device 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、ピニオンギヤ23およびラックバー24を介して左右前輪FW1,FW2に伝達される。この構成により、転舵アクチュエータ21からの回転力は転舵出力軸22を介してピニオンギヤ23に伝達され、ピニオンギヤ23の回転によりラックバー24が軸線方向に変位して、このラックバー24の軸線方向の変位により、左右前輪FW1,FW2は左右に転舵される。
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。ここで、本明細書において、中立位置とは、車両が直進状態を維持するための操舵ハンドル11、操舵入力軸12、転舵出力軸22および左右前輪FW1,FW2の位置をいう。そして、操舵角θおよび実転舵角δは、中立位置を「0」とし、左方向の回転角を正の値で表すとともに、右方向の回転角を負の値でそれぞれ表す。車速センサ33は、車速Vを検出して出力する。横加速度センサ34は、車両の実横加速度Gを検出して出力する。なお、実横加速度Gも、左方向の加速度を正の値で表し、右方向の加速度を負の値で表す。
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の回動操作に基づいて運転者の感覚特性に対応した左右前輪FW1,FW2の目標転舵角δcを決定するための感覚適合制御部40と、目標転舵角δcに基づいて左右前輪FW1,FW2を転舵制御するための転舵制御部50と、操舵ハンドル11への反力付与を制御するための反力制御部60とからなる。
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は操舵ハンドル11の回転角である操舵角θを検出し、同検出した操舵角θを感覚適合制御部40および反力制御部60にそれぞれ出力する。感覚適合制御部40においては、変位−トルク変換部41が、操舵ハンドル11の操舵角θの絶対値が正の所定値θz未満であれば下記式1に従って操舵角θの一次関数である操舵トルクTdを計算し、操舵角θの絶対値が正の所定値θz以上であれば下記式2に従って操舵角θの指数関数である操舵トルクTdを計算する。ここで、式1の一次関数と式2の指数関数とは、操舵角θzで連続的に接続されるものであり、例えば、式2の指数関数における操舵角θzでの原点「0」を通る接線を式1の一次関数として採用するとよい。なお、式1に関しては、一次関数に限定されるものではなく、操舵角θが「0」のときに操舵トルクTdが「0」となり、かつ、式2の指数関数と連続的に接続される関数であれば、種々の関数を採用することができる。
Td=a・θ (|θ|<θz) …式1
Td=To・exp(K1・θ) (θz≦|θ|<θmax) …式2
When the steering handle 11 is turned by the driver, the
Td = a · θ (| θ | <θz)
Td = To · exp (K1 · θ) (θz ≦ | θ | <θmax)
ただし、前記式1中のaは一次関数の傾きを表す定数である。また、式2中のTo,K1は定数であり、特に定数Toは運転者が知覚し得る最小操舵トルクである。なお、定数K1に関しては、後に詳細に説明する。さらに、前記式1および式2中の操舵角θは、前記検出操舵角θの絶対値を表しているものとし、検出操舵角θが正であれば定数aおよび定数Toを正の値とするとともに、検出操舵角θが負であれば定数aおよび定数Toを前記正の定数aおよび前記正の定数Toと同じ絶対値を有する負の値とする。なお、前記式1,2の演算に代えて、操舵角θに対する操舵トルクTdを記憶した図3に示すような特性の変換テーブルを用いて、操舵トルクTdを計算するようにしてもよい。
However, a in
この計算された操舵トルクTdは、トルク−横加速度変換部42に供給される。トルク−横加速度変換部42は、運転者が操舵ハンドル11の回動操作により見込んでいる見込み横加速度Gdを、操舵トルクTdの絶対値が正の所定値Tg未満であれば下記式3に従って計算し、操舵トルクTdの絶対値が正の所定値Tg以上であれば下記式4に従って計算する。ここで、式3は操舵トルクTdの一次関数式であって操舵トルクTdが「0」のときに見込み横加速度Gdが「0」となる関数である。また、式4は操舵トルクTdのべき乗関数であり、式4と所定値Tgにて連続的に接続するものである。
Gd=b・Td (|Td|<Tg) …式3
Gd=C・TdK2 (Tg≦|Td|) …式4
The calculated steering torque Td is supplied to the torque-lateral
Gd = b · Td (| Td | <Tg) Equation 3
Gd = C · Td K2 (Tg ≦ | Td |) Equation 4
ただし、式3中のbは一次関数の傾きを表す定数であり、式4中のC,K2は定数である。また、前記式3,4中の操舵トルクTdは前記式1,2を用いて計算した操舵トルクTdの絶対値を表しているものであり、前記計算した操舵トルクTdが正であれば定数bおよび定数Cを正の値とするとともに、前記計算した操舵トルクTdが負であれば定数bおよび定数Cを前記正の定数bおよび定数Cと同じ絶対値を有する負の値とする。なお、この場合も、前記式3,4の演算に代えて、操舵トルクTdに対する見込み横加速度Gdを記憶した図4に示すような特性の変換テーブルを用いて、見込み横加速度Gdを計算するようにしてもよい。
However, b in Equation 3 is a constant representing the slope of the linear function, and C and K2 in Equation 4 are constants. Further, the steering torque Td in the equations 3 and 4 represents the absolute value of the steering torque Td calculated using the
ここで、前記式4について説明しておく。前記式2を用いて操舵トルクTdを消去すると、下記式5に示すようになる。
Gd=C・(To・exp(K1・θ))K2=C・ToK2・exp(K1・K2・θ)=Go・exp(K1・K2・θ) …式5
前記式5において、Goは定数C・ToK2であり、式5は運転者による操舵ハンドル11の操舵角θに対して見込み横加速度Gdが指数関数的に変化していることを示す。そして、この見込み横加速度Gdは、車内の所定部位への運転者の体の一部の接触によって運転者が知覚し得る物理量であり、前述したウェーバー・ヘフナーの法則に従ったものである。したがって、操舵トルクTdが所定値Tg以上のときに、運転者が、この見込み横加速度Gdに等しい横加速度を知覚しながら操舵ハンドル11を回動操作することができれば、操舵ハンドル11の回動操作と車両の操舵との関係を人間の知覚特性に対応させることができる。
Here, Formula 4 will be described. When the steering torque Td is eliminated using the above equation 2, the following equation 5 is obtained.
Gd = C · (To · exp (K1 · θ)) K2 = C · To K2 · exp (K1 · K2 · θ) = Go · exp (K1 · K2 · θ)
In Equation 5, Go is a constant C · To K2 , and Equation 5 indicates that the expected lateral acceleration Gd varies exponentially with respect to the steering angle θ of the
このように、前記式4(すなわち前記式5)に示された見込み横加速度Gdは操舵ハンドル11の操作量である操舵角θに対して指数関数的に変化するものであるので、人間の知覚特性に合ったものである。さらに、運転者による操舵ハンドル11の回動操作にとって最も簡単な方法は操舵ハンドル11を一定速度ω(θ=ω・t)で回動することであり、この回動操作によれば、見込み横加速度Gdは下記式6に示すように時間tに対して指数関数的に変化する。したがって、このことからも、前記見込み横加速度Gdに等しい横加速度を知覚しながら操舵ハンドル11を回動操作することができれば、運転者の操舵ハンドル11の回動操作が簡単になることが分かる。
Gd=Go・exp(K0・ω・t) …式6
ただし、K0は、K0=K1・K2の関係にある定数である。
As described above, the expected lateral acceleration Gd shown in the equation 4 (that is, the equation 5) changes exponentially with respect to the steering angle θ, which is the operation amount of the
Gd = Go · exp (K0 · ω · t) (6)
However, K0 is a constant having a relationship of K0 = K1 · K2.
また、前記式3に示されるように、操舵トルクTdが所定値Tg未満である場合、見込み横加速度Gdは一次関数的に変化する。これは、操舵トルクTdが所定値Tg未満のとき、すなわち操舵角θが「0」近傍(操舵ハンドル11の中立位置近傍)に保たれる場合において、例えば、前記式4に従って見込み横加速度Gdを計算した場合には、見込み横加速度Gdが「0」に収束せず、これは現実的でない。しかしながら、前述のように、操舵ハンドル11が中立位置近傍、すなわち操舵トルクTdが所定値Tg未満であれば、見込み横加速度Gdを前記式3に従って計算することにより、操舵ハンドル11が中立位置方向へ回動された場合には、見込み横加速度Gdが「0」に収束するため、この問題は解決される。 Further, as shown in Equation 3, when the steering torque Td is less than the predetermined value Tg, the expected lateral acceleration Gd changes in a linear function. This is because, for example, when the steering torque Td is less than the predetermined value Tg, that is, when the steering angle θ is maintained in the vicinity of “0” (near the neutral position of the steering wheel 11), the expected lateral acceleration Gd is calculated according to the above equation 4, for example. If calculated, the expected lateral acceleration Gd does 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 above equation 3 to thereby move the steering handle 11 toward the neutral position. When the vehicle is rotated, the expected lateral acceleration Gd converges to “0”, so this problem is solved.
次に、前記式1〜6で用いたパラメータK1,K2,C(所定値K1,K2,C)の決め方について説明しておく。なお、このパラメータK1,K2,Cの決め方についての説明では、前記式1〜6の操舵トルクTdおよび見込み横加速度Gdについては、単に操舵トルクTおよび横加速度Gとして扱う。前述したウェーバー・ヘフナーの法則によれば、「人間の知覚できる最小の物理量変化ΔSとその時点での物理量Sとの比ΔS/Sは、物理量Sの値によらず一定となり、その比ΔS/Sをウェーバー比という」ことになっている。本発明者等は、操舵トルクおよび横加速度に関し、前記ウェーバー・ヘフナーの法則が成立することを確認するとともに、ウェーバー比を決定するために、次のような実験を、男女、年齢、車両の運転歴などの異なる種々の人間に対して行った。
Next, how to determine the parameters K1, K2, and C (predetermined values K1, K2, and C) used in the
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2を微分するとともに、同微分した式において式2を考慮すると、下記式7が成立する。
ΔT=To・exp(K1・θ)・K1・Δθ=T・K1・Δθ …式7
この式7を変形するとともに、前記実験により求めた操舵トルクに関するウェーバー比ΔT/TをKtとすると、下記式8が成立する。
K1=ΔT/(T・Δθ)=Kt/Δθ …式8
On the other hand, when the formula 2 is differentiated and the formula 2 is considered in the differentiated formula, the following formula 7 is established.
ΔT = To ・ exp (K1 ・ θ) ・ K1 ・ Δθ = T ・ K1 ・ Δθ
When the equation 7 is modified and the Weber ratio ΔT / T related to the steering torque obtained by the experiment is Kt, the following
K1 = ΔT / (T · Δθ) = Kt /
また、操舵トルクTdの設定最大値をTmaxとすれば、前記式1,2より下記式9が成立する。
Tmax=To・exp(K1・θmax) …式9
この式9を変形すれば、下記式10が成立する。
K1=log(Tmax/To)/θmax …式10
そして、前記式8および式10から下記式11が導かれる。
Δθ=Kt/K1=Kt・θmax/log(Tmax/To) …式11
この式11において、Ktは操舵トルクTのウェーバー比であり、Toは人間が知覚し得る最小操舵トルクに対応するものであり、これらの値Kt,Tmax,To,θmaxはいずれも予め設定できる定数であるので、前記微分値Δθは前記式11を用いて計算できる。そして、この微分値Δθとウェーバー比Ktを用いて、前記式8に基づいて所定値(係数)K1も計算できる。
If the maximum setting value of the steering torque Td is Tmax, the following formula 9 is established from the
Tmax = To ・ exp (K1 ・ θmax) ... Equation 9
If Equation 9 is modified, the following Equation 10 is established.
K1 = log (Tmax / To) / θmax Equation 10
Then, the following
Δθ = Kt / K1 = Kt · θmax / log (Tmax / To) (Formula 11)
In
また、前記式4を微分するとともに、同微分した式において式4を考慮すると、下記式12が成立する。
ΔG=C・K2・TK2-1・ΔT=G・K2・ΔT/T …式12
この式12を変形し、かつ前記実験により求めた操舵トルクに関するウェーバー比ΔT/TをKtとするとともに、横加速度に関するウェーバー比ΔF/FをKaとすると下記式13,14が成立する。
ΔG/G=K2・ΔT/T …式13
K2=Ka/Kt …式14
この式14において、Ktは操舵トルクに関するウェーバー比であるとともに、Kaは横加速度に関するウェーバー比であって、共に定数として与えられるものであるので、これらのウェーバー比Kt,Kaを用いて、前記式14に基づいて係数K2も計算できる。
In addition, when the expression 4 is differentiated and the expression 4 is considered in the differentiated expression, the following expression 12 is established.
ΔG = C · K2 · T K2-1 · ΔT = G · K2 · ΔT / T Equation 12
When Expression 12 is modified and the Weber ratio ΔT / T related to the steering torque obtained by the experiment is set to Kt and the Weber ratio ΔF / F related to the lateral acceleration is set to Ka, the following
ΔG / G = K2 · ΔT /
K2 = Ka / Kt ... Formula 14
In this equation 14, 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. 14 can also calculate the coefficient K2.
また、横加速度の設定最大値をGmaxとし、操舵トルクの設定最大値をTmaxとすれば、前記式4から下記式15が導かれる。
C=Gmax/TmaxK2 …式15
そして、この式15においては、GmaxおよびTmaxは予め設定できる定数であり、かつK2は前記式14によって計算されるものであるので、定数(係数)Cも計算できる。
Further, if the maximum set value of the lateral acceleration is Gmax and the maximum set value of the steering torque is Tmax, the following formula 15 is derived from the above formula 4.
C = Gmax / Tmax K2 Equation 15
In Equation 15, Gmax and Tmax are constants that can be set in advance, and K2 is calculated by Equation 14, so that a constant (coefficient) C can also be calculated.
以上のように、最大操舵角θmax、操舵トルクTの最大値Tmax、横加速度Gの最大値Gmax、最小操舵トルクTo,最小感知横加速度Go,操舵トルクTに関するウェーバー比Kt、および横加速度に関するウェーバー比Kaを設定すれば、前記式1〜5における係数K1、K2,Cを計算することができる。したがって、変位−トルク変換部41およびトルク−横加速度変換部42においては、前記式1〜5を用いて、運転者の知覚特性に合った操舵トルクTdおよび見込み横加速度Gdを計算できる。
As described above, the maximum steering angle θmax, 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 related to the steering torque T, and the Weber related to the lateral acceleration. If the ratio Ka is set, the coefficients K1, K2, and C in
ふたたび、図2の説明の戻ると、トルク−横加速度変換部42にて計算された見込み横加速度Gdは、転舵角変換部43に供給される。転舵角変換部43は、見込み横加速度Gdを発生するのに必要な左右前輪FW1,FW2の感覚適合転舵角δaを計算するものであり、図5に示すように車速Vに応じて変化して見込み横加速度Gdに対する感覚適合転舵角δaの変化特性を表すテーブルを有する。このテーブルは、車速Vを変化させながら車両を走行させて、左右前輪FW1,FW2の転舵角δと横加速度Gとを予め実測して収集したデータの集合である。そして、転舵角変換部43は、このテーブルを参照して、前記入力した見込み横加速度Gdと車速センサ33から入力した検出車速Vとに応じた感覚適合転舵角δaを計算する。また、前記テーブルに記憶されている横加速度G(見込み横加速度Gd)と感覚適合転舵角δaはいずれも正であるが、転舵角変換部43から供給される見込み横加速度Gdが負であれば、出力される感覚適合転舵角δaも負となる。そして、転舵角変換部43は、計算した感覚適合転舵角δaを転舵角決定部45に供給する。
Returning to the description of FIG. 2 again, the expected lateral acceleration Gd calculated by the torque-lateral
なお、感覚適合転舵角δaは下記式16に示すように車速Vと横加速度Gの関数であるので、前記テーブルを参照することに代えて、下記式16の演算の実行によっても計算することができる。
δa=L・(1+A・V2)・Gd/V2 …式16
ただし、前記式16中のLはホイールベースを示す予め決められた所定値であり、Aは車両の運動性能を示す予め決められた所定値である。
Since the sensory-adapted turning angle δa is a function of the vehicle speed V and the lateral acceleration G as shown in the following equation 16, it is calculated by executing the operation of the following equation 16 instead of referring to the table. Can do.
δa = L · (1 + A · V 2 ) · Gd / V 2 Equation 16
However, L in the equation 16 is a predetermined value indicating the wheel base, and A is a predetermined value indicating the motion performance of the vehicle.
ところで、前記式16は、前記式5を代入することによって、下記式17に示すように変形することができる。
δa=(L・(1+A・V2)/V2)・Go・exp(K1・K2・θ) …式17
これによれば、感覚適合転舵角δaは、車速Vおよび操舵角θに依存し、ウェーバー・ヘフナーの法則に従って非線形に(指数関数的に)変化する。このように、感覚適合転舵角δaが非線形に変化する状況において、特に、車速Vが小さいときには、感覚適合転舵角δaは操舵角θの変化に対して大きな変化量で変化する。したがって、車速Vが小さいときや、操舵角θが大きいとき(より詳しくは、最大操舵角θmax近傍で操舵操作するとき)には、運転者による車両の旋回制御が難しくなる場合がある。
By the way, the equation 16 can be transformed as the following equation 17 by substituting the equation 5.
δa = (L · (1 + A · V 2 ) / V 2 ) · Go · exp (K1 · K2 · θ) Equation 17
According to this, the sensory-adapted turning angle δa depends on the vehicle speed V and the steering angle θ, and changes nonlinearly (exponentially) according to Weber-Hefner's law. As described above, in a situation where the sense-adapted turning angle δa changes nonlinearly, particularly when the vehicle speed V is small, the sense-adapted turning angle δa changes with a large change amount with respect to the change in the steering angle θ. Therefore, when the vehicle speed V is low or the steering angle θ is large (more specifically, when the steering operation is performed in the vicinity of the maximum steering angle θmax), it may be difficult for the driver to control the turning of the vehicle.
このような車両の旋回制御の難しさは、運転者による操舵操作に伴って発生するヨーレートの変化量(以下、この変化量をヨーレートゲインという)の大きさを用いて評価することができる。以下、このヨーレートゲインについて説明する。ヨーレートゲインは、単位操舵角θあたりのヨーレートの変化量として定義することができる。ここで、横加速度Gとヨーレートγとの関係は、車速Vを用いた下記式18によって表すことができる。
G=γ・V …式18
そして、前記式16によって表される感覚適合転舵角δa(転舵角δ)と見込み横加速度Gd(横加速度G)との関係を用いれば、転舵角δとヨーレートγとの関係は、前記式18を前記式16に代入した下記式19によって表すことができる。
δ=L・(1+A・V2)・(γ・V)/V2=L・(1+A・V2)・γ/V …式19
したがって、前記式19を変形することにより、ヨーレートγは転舵角δを用いて下記式20によって表される。
γ=δ・V/(L・(1+A・V2)) …式20
Such difficulty in turning control of the vehicle can be evaluated by using a magnitude of a change amount of the yaw rate generated in accordance with the steering operation by the driver (hereinafter, this change amount is referred to as a yaw rate gain). Hereinafter, this yaw rate gain will be described. The yaw rate gain can be defined as the amount of change in yaw rate per unit steering angle θ. Here, the relationship between the lateral acceleration G and the yaw rate γ can be expressed by the following equation 18 using the vehicle speed V.
G = γ · V Equation 18
Then, using the relationship between the sensory-adapted turning angle δa (steering angle δ) and the expected lateral acceleration Gd (lateral acceleration G) expressed by Equation 16, the relationship between the turning angle δ and the yaw rate γ is The equation 18 can be expressed by the following equation 19 in which the equation 18 is substituted.
δ = L · (1 + A · V 2 ) · (γ · V) / V 2 = L · (1 + A · V 2 ) · γ / V Equation 19
Therefore, by changing the equation 19, the yaw rate γ is expressed by the following equation 20 using the turning angle δ.
γ = δ · V / (L · (1 + A · V 2 )) Equation 20
これにより、ヨーレートゲインYgは、前記式20の両辺を操舵角θで除した下記式21に従って計算することができる。
Yg=γ/θ=δ・V/(L・(1+A・V2)・θ) …式21
前記式21によれば、車速Vが小さくなるに伴ってヨーレートゲインYgは大きな値に変化する傾向にあり、また、上述したように転舵角δが操舵角θに対して指数関数的に大きくなるに伴ってヨーレートゲインYgは大きな値に変化する傾向にある。したがって、ヨーレートゲインYgの増大を適切に制限すれば、ヨーレートゲインYgの増大に伴う旋回制御の難しさを解消することができる。このことに基づき、図2に示す制限転舵角演算部44は、ヨーレートゲインYgの増大を制限したときの制限転舵角δb1,δb2を計算する。以下、制限転舵角演算部44による演算処理を、車速Vが小さい場合から説明する。
Thereby, the yaw rate gain Yg can be calculated according to the following
Yg = γ / θ = δ · V / (L · (1 + A · V 2 ) · θ)
According to the
上述したように、転舵角変換部43は、車速Vが小さいときには、運転者が車両を容易に旋回させることができるように、操舵角θの増大に伴って非線形的に変化する感覚適合転舵角δaを計算する。これにより、例えば、駐車する際など、低速で移動する車両の取り回し性を良好に確保することができる。このように、運転者によって操舵ハンドル11に入力された操舵角θに対して感覚適合転舵角δaの大きさが非線形的に変化する場合には、一般的に、下記式22が成立する。
δa=θ/D(θ) …式22
ここで、前記式22中のD(θ)は、感覚適合転舵角δaの大きさに対する操舵角θの大きさの比すなわち転舵ギア比を表す操舵角θの関数である。
As described above, when the vehicle speed V is low, the steered
δa = θ / D (θ) (22)
Here, D (θ) in the
ところで、感覚適合転舵角δaが操舵角θの変化に対して非線形的に変化する場合には、前記式22中の転舵ギア比D(θ)が連続的に変化している。すなわち、操舵角θの中立位置から最大操舵角θmaxまでの変化に応じて転舵ギア比D(θ)が連続的に小さく変化することによって、感覚適合転舵角δaを非線形的に変化させることができる。そして、特に、車速Vが小さい場合には、転舵ギア比D(θ)は連続的により小さな値に変化する。このため、制限転舵角演算部44は、検出車速Vが所定の車速V0よりも小さい場合には、転舵ギア比D(θ)を、予め設定された転舵ギア比MDに固定して転舵ギア比D(θ)の変化を制限し、この転舵ギア比MDを用いた下記式23に従って制限転舵角δb1を計算する。
δb1=θ/MD …式23
ただし、前記式23中の転舵ギア比MDは、実験に基づいて予め設定される定数である。
Incidentally, when the sense-adapted turning angle δa changes nonlinearly with respect to the change in the steering angle θ, the turning gear ratio D (θ) in the
δb1 = θ /
However, the steered gear ratio MD in the
ここで、感覚適合転舵角δaで旋回するときのヨーレートゲインYgaと制限転舵角δb1で旋回するときのヨーレートゲインYgbとの大きさについて比較してみる。ヨーレートゲインYgaは、前記式21中のδに対して前記式22を代入することにより、下記式24に従って計算される。
Yga=δa・V/(L・(1+A・V2)・D(θ)) …式24
一方、ヨーレートゲインYgbは、前記式21中のδに対して前記式23を代入することにより、下記式25に従って計算される。
Ygb=δb1・V/(L・(1+A・V2)・MD) …式25
Here, the magnitudes of the yaw rate gain Yga when turning at the sense-adapted turning angle δa and the yaw rate gain Ygb when turning at the limited turning angle δb1 will be compared. The yaw rate gain Yga is calculated according to the following
Yga = δa · V / (L · (1 + A · V 2 ) · D (θ))
On the other hand, the yaw rate gain Ygb is calculated according to the following equation 25 by substituting the
Ygb = δb1 · V / (L · (1 + A · V 2 ) · MD) Equation 25
前記式24,25によれば、操舵角θの増大に伴って転舵ギア比D(θ)の値が転舵ギア比MDよりも小さくなることにより、感覚適合転舵角δaが制限転舵角δb1よりも大きくなるため、結果として、ヨーレートゲインYgaはヨーレートゲインYgbよりも大きくなる。言い換えれば、転舵ギア比D(θ)を転舵ギア比MDで制限することによって得られる制限転舵角δb1を用いることによって、ヨーレートゲインYgの増大を効果的に制限することができる。
According to the
次に、車速Vが大きい場合における制限転舵角演算部44の演算処理を説明する。前記式21から明らかなように、V/(L・(1+A・V2))の項は車速Vの増大に伴って徐々に減少するものの、操舵角θに応じて転舵角δが指数関数的に増加する場合には、操舵ハンドル11の回動操作に伴ってヨーレートゲインYgは増加する。このため、制限転舵角演算部44は、車速Vが所定の車速V1よりも大きい場合には、ヨーレートゲインYgを一定の上限値(以下、この上限値をヨーレート定常ゲインYg0という)で制限する。すなわち、制限転舵角演算部44は、前記式21に基づいて計算されるヨーレートゲインYgを、下記式28に示すように、一定のヨーレート定常ゲインYg0に設定する。
Yg0=Yg=δ・V/(L・(1+A・V2)・θh) …式28
ただし、前記式28中のθhは、後述する反力制御部60によって計算される操舵角θの最大値θmax0まで変化し得る操舵角を表す。
Next, calculation processing of the limited turning
Yg0 = Yg = δ · V / (L · (1 + A · V 2 ) · θh) Equation 28
However, θh in the equation 28 represents a steering angle that can be changed to the maximum value θmax0 of the steering angle θ calculated by the reaction
したがって、ヨーレートゲインYgをヨーレート定常ゲインYg0で制限することによって、車速Vが大きい場合であっても、ヨーレートゲインYgの増加を制限することができる。そして、車速Vが大きい場合には、制限転舵角演算部44は、前記式28を変形した下記式29に従って、制限転舵角δb2を計算する。
δb2=Yg0/(V/(L・(1+A・V2)・θh)) …式29
Therefore, by limiting the yaw rate gain Yg with the yaw rate steady gain Yg0, the increase in the yaw rate gain Yg can be limited even when the vehicle speed V is high. When the vehicle speed V is high, the limited turning
δb2 = Yg0 / (V / (L · (1 + A · V 2 ) · θh)) Equation 29
このように計算された制限転舵角δb1,δb2は転舵角決定部45に供給される。なお、以下の説明においては、特に区別しない場合に限り、制限転舵角δb1,δb2をまとめて制限転舵角δbともいう。転舵角決定部45は、操舵角センサ31から操舵角θを入力しており、転舵角変換部43から供給された感覚適合転舵角δaと制限転舵角演算部44から供給された制限転舵角δbとを比較して、転舵制御部50に供給する転舵量指令値としての目標転舵角δcを決定する。以下、転舵角決定部45における決定処理を説明するが、この場合も、車速Vが小さい場合から説明する。
The limited turning angles δb1 and δb2 calculated in this way are supplied to the turning
車速Vが所定の車速V0よりも小さい場合においては、転舵角決定部45は、入力した検出操舵角θと感覚適合転舵角δaまたは制限転舵角δb1との関係、すなわち、それぞれの転舵ギア比を比較することによって目標転舵角δcを決定する。このため、転舵角決定部45は、下記式30に従って、操舵角θと感覚適合転舵角δaとの間の転舵ギア比Dwを計算する。
Dw=θh/δa …式30
一方、操舵角θと制限転舵角δb1との間の転舵ギア比は、前記式23の計算に用いた転舵ギア比MD(定数)である。
When the vehicle speed V is smaller than the predetermined vehicle speed V0, the turning
Dw = θh / δa Equation 30
On the other hand, the steered gear ratio between the steering angle θ and the limited steered angle δb1 is the steered gear ratio MD (constant) used in the calculation of
そして、転舵角決定部45は、転舵ギア比Dwと転舵ギア比MDを比較し、転舵ギア比が大きい(ゲイン値が小さい)、言い換えれば、操舵ハンドル11の回動操作に対して左右前輪FW1,FW2を緩やかに転舵させることができる感覚適合転舵角δaまたは制限転舵角δb1を目標転舵角δcとして決定する。すなわち、転舵角決定部45は、転舵ギア比MDが転舵ギア比Dw以上であれば、制限転舵角δb1を目標転舵角δcとして決定する。一方、転舵ギア比MDが転舵ギア比Dwよりも小さければ、感覚適合転舵角δaを目標転舵角δcとして決定する。
Then, the turning
また、車速Vが所定の車速V1よりも大きい場合においては、転舵角決定部45は、感覚適合転舵角δaで車両が旋回するときのヨーレートゲインYgwの大きさとヨーレート定常ゲインYg0の大きさを比較することによって、目標転舵角δcを決定する。このため、転舵角決定部45は、下記式31に従って、ヨーレートゲインYgwを計算する。
Ygw=δa・V/(L・(1+A・V2)・θh) …式31
When the vehicle speed V is higher than the predetermined vehicle speed V1, the turning
Ygw = δa · V / (L · (1 + A · V 2 ) · θh)
そして、転舵角決定部45は、ヨーレートゲインYgwとヨーレート定常ゲインYg0を比較し、ゲイン値が小さい、言い換えれば、操舵ハンドル11の回動操作に対して左右前輪FW1,FW2を緩やかに転舵させることができる感覚適合転舵角δaまたは制限転舵角δb2を目標転舵角δcとして決定する。すなわち、転舵角決定部45は、ヨーレートゲインYgwがヨーレート定常ゲインYg0以上であれば、制限転舵角δb2を目標転舵角δcとして決定する。一方、ヨーレートゲインYgwがヨーレート定常ゲインYg0よりも小さければ、感覚適合転舵角δaを目標転舵角δcとして決定する。このように、目標転舵角δcを決定すると、転舵角決定部45は、目標転舵角δcを転舵制御部50と反力制御部60に供給する。
Then, the turning
転舵制御部50においては、転舵角補正部51が目標転舵角δcを取得する。転舵角補正部51は、トルク−横加速度変換部42から見込み横加速度Gdを入力するとともに、横加速度センサ34によって検出された実横加速度Gをも入力しており、下記式32の演算を実行して入力した目標転舵角δcを補正し、補正目標転舵角δdを計算する。
δd=δc+K3・(Gd−G) …式32
ただし、係数K3は予め決められた正の定数であり、実横加速度Gが見込み横加速度Gdに満たない場合には、補正目標転舵角δdの絶対値が大きくなる側に補正される。また、実横加速度Gが見込み横加速度Gdを超える場合には、補正目標転舵角δdの絶対値が小さくなる側に補正される。この補正により、見込み横加速度Gdに必要な左右前輪FW1,FW2の転舵角がより精度よく確保される。なお、本実施形態においては、転舵角補正部51は、感覚適合転舵角δaが目標転舵角δcとして決定された場合に目標転舵角δc(感覚適合転舵角δa)を補正計算して補正目標転舵角δdとして出力するものとし、制限転舵角δbが目標転舵角δcとして決定された場合は、目標転舵角δc(制限転舵角δb)を補正計算することなく補正目標転舵角δdとして出力する。
In the
δd = δc + K3 · (Gd−G)
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 Δd increases. Further, when the actual lateral acceleration G exceeds the expected lateral acceleration Gd, the absolute value of the corrected target turning angle δd 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. In the present embodiment, the turning
この計算された補正目標転舵角δdは、駆動制御部52に供給される。駆動制御部52は、転舵角センサ32によって検出された実転舵角δを入力し、左右前輪FW1,FW2が補正目標転舵角δdに転舵されるように転舵アクチュエータ21内の電動モータの回転をフィードバック制御する。また、駆動制御部52は、駆動回路37から同電動モータに流れる駆動電流も入力し、転舵トルクに対応した大きさの駆動電流が同電動モータに適切に流れるように駆動回路37をフィードバック制御する。この転舵アクチュエータ21内の電動モータの駆動制御により、同電動モータの回転は、転舵出力軸22を介してピニオンギア23に伝達され、ピニオンギア23によりラックバー24を軸線方向に変位させる。そして、このラックバー24の軸線方向の変位により、左右前輪FW1,FW2は補正目標転舵角δdに転舵される。
The calculated corrected target turning angle δd is supplied to the
次に、反力制御部60を説明する。操舵角センサ31によって検出された操舵角θは、変位−トルク変換部61に供給される。変位−トルク変換部61は、前記式1,2と同様な下記式33,34に従って反力トルクTzを計算する。この反力トルクTzの計算においても、式33に関しては、一次関数に限定されるものではなく、操舵角θが「0」のときに反力トルクTzが「0」となり、かつ、式34の指数関数と連続的に接続される関数であれば、種々の関数を採用することができる。
Tz=a・θ (|θ|<θz) …式33
Tz=To・exp(K1・θ) (θz≦|θ|<θmax) …式34
この場合も、式33中のaは一次関数の傾きを表す定数である。また、式34中のTo,K1は、前記式2と同様な定数である。さらに、前記式33および式34中の操舵角θは、前記検出操舵角θの絶対値を表しているものであるが、検出操舵角θが正であれば定数aおよび定数Toを負の値とするとともに、検出操舵角θが負であれば定数aおよび定数Toを前記負の定数aおよび定数Toと同じ絶対値を有する正の値とする。なお、この場合も、前記式33,34の演算に代えて、操舵角θに対する反力トルクTzを記憶した図6に示すような特性の変換テーブルを用いて、反力トルクTzを計算するようにしてもよい。
Next, the reaction
Tz = a · θ (| θ | <θz)
Tz = To · exp (K1 · θ) (θz ≦ | θ | <θmax)
Also in this case, a in
また、変位−トルク変換部61は、感覚適合制御部40の転舵角決定部45から目標転舵角δcも入力する。そして、変位−トルク変換部61は、目標転舵角δcが制限転舵角δbに決定されている場合において、操舵ハンドル11の回動操作範囲を最大操舵角θmaxで決定される範囲以上に拡大するとともに、この拡大した回動操作範囲内における反力トルクTzを計算する。このことを以下に具体的に説明する。なお、目標転舵角δcが感覚適合転舵角δaに決定されている場合には、変位−トルク変換部61は、最大操舵角θmax未満の範囲内で前記式33,34に従って反力トルクTzを計算する。
The displacement-
上述したように、制限転舵角演算部44によって計算される制限転舵角δbは、ヨーレートゲインYgの増加を制限することによって、左右前輪FW1,FW2を緩やかに転舵させることができる転舵角である。このため、制限転舵角δb1または制限転舵角δb2が目標転舵角δcとして決定される場合には、車両を意図した態様で旋回させるために、運転者は操舵ハンドル11をより多く回動操作する必要がある。このため、変位−トルク変換部61は、車速Vに応じて、言い換えれば、制限転舵角δb1,δb2に応じて、操舵ハンドル11の回動操作範囲を決定するための拡大操舵角θmax0を計算する。
As described above, the limited turning angle δb calculated by the limited turning
すなわち、車速Vが小さい場合には、目標転舵角δcが制限転舵角δb1に決定される。この場合、制限転舵角δb1は、転舵ギア比D(θ)の変位量が転舵ギア比MDで制限されることによって決定される。したがって、変位−トルク変換部61は、下記式35に示すように、システム上左右前輪FW1,FW2を転舵し得る最大転舵角δmaxに対して、転舵ギア比MDを乗算することによって、拡大操舵角θmax0を計算する。
θmax0=δmax・MD …式35
That is, when the vehicle speed V is low, the target turning angle Δc is determined as the limited turning angle Δb1. In this case, the limited turning angle Δb1 is determined by limiting the amount of displacement of the turning gear ratio D (θ) by the turning gear ratio MD. Therefore, the displacement-
θmax0 = δmax ·
また、車速Vが大きい場合には、目標転舵角δcが制限転舵角δb2に決定される。この場合、制限転舵角δb2は、ヨーレートゲインYgの上限値がヨーレート定常ゲインYg0で制限されることによって決定される。したがって、変位−トルク変換部61は、下記式36に示すように、前記式29のδb2に最大転舵角δmaxを代入して整理するとともに、θhをθmax0として、拡大操舵角θmax0を計算する。
θmax0=(δmax/Yg0)/(V/(L・(1+A・V2))) …式36
Further, when the vehicle speed V is high, the target turning angle Δc is determined as the limited turning angle Δb2. In this case, the limit turning angle Δb2 is determined by the upper limit value of the yaw rate gain Yg being limited by the yaw rate steady gain Yg0. Accordingly, the displacement-
θmax0 = (δmax / Yg0) / (V / (L · (1 + A · V 2 )))
そして、変位−トルク変換部61は、最大操舵角θmaxから拡大操舵角θmax0まで拡大された回動操作範囲内における反力トルクTzを下記式37に従って計算する。
Tz=c・(θ−θmax)+Tzmax (θmax≦|θ|<θmax0) …式37
ただし、前記式37中のcは一次関数の傾きを表す定数であり、Tzmaxは操舵角θが最大操舵角θmaxのときに付与される反力トルクTzの設定最大値である。
Then, the displacement-
Tz = c · (θ−θmax) + Tzmax (θmax ≦ | θ | <θmax0)
However, c in the
また、検出操舵角θが拡大操舵角θmax0以上となると、反力トルクTzは下記式38に従って計算される。
Tz=Tzmax1+((Tzlim−Tzmax1)/(θlim−θmax0))・(θ−θmax0) …式38
ただし、前記式38中のTzlimはシステム上付与し得る最大の反力トルクである。また、前記式38中のTzmax1は、拡大操舵角θmax0における反力トルクであり、下記式39によって計算される。
Tzmax1=c・(θmax0−θmax)+Tzmax …式39
さらに、前記式38中のθlimはシステム上回動し得る最大の操舵角であり、下記式40によって計算される。
θlim=Kθmax・θmax0 …式40
なお、前記式40中のKθmaxは、1よりも大きく設定された所定の定数である。
When the detected steering angle θ is equal to or larger than the enlarged steering angle θmax0, the reaction force torque Tz is calculated according to the following
Tz = Tzmax1 + ((Tzlim−Tzmax1) / (θlim−θmax0)) · (θ−θmax0)
However, Tzlim in the
Tzmax1 = c · (θmax0−θmax) +
Further, θlim in the
θlim = Kθmax ·
In the
このように、拡大された回動操作範囲内で、前記式37に従って計算される反力トルクTzが付与されることにより、運転者はウェーバー・ヘフナーの法則に基づいて予め設定された最大操舵角θmax以上に操舵ハンドル11を回動操作することができる。一方、検出操舵角θが拡大操舵角θmax0超えると、前記式38に従って計算される極めて大きな反力トルクTz(以下、この反力トルクをロック反力トルクTzlという)が付与される。これにより、適切な操舵ハンドル11の回動操作範囲を決定することができる。
In this way, the reaction force torque Tz calculated according to the
このように計算された反力トルクTzは、駆動制御部62に供給される。駆動制御部62は、駆動回路36から反力アクチュエータ13内の電動モータに流れる駆動電流を入力し、同電動モータに反力トルクTzに対応した駆動電流が流れるように駆動回路36をフィードバック制御する。この反力アクチュエータ13内の電動モータの駆動制御により、同電動モータは、操舵入力軸12を介して操舵ハンドル11に反力トルクTzを付与する。したがって、運転者は、操舵ハンドル11の回動操作を開始し、操舵角が操舵角θz未満のときは一次関数的に変化する反力トルクTzを感じ、また、操舵角が操舵角θz以上最大操舵角θmax未満のときは指数関数的に変化する反力トルクTzを感じ、さらに、最大操舵角θmax以上拡大θmax0未満のときには、一次関数的に変化する反力トルクTzを感じながら、操舵ハンドル11を回動操作することになる。したがって、運転者は、このように変化する反力トルクTzと等しい操舵トルクを操舵ハンドル11に加えながら、操舵ハンドル11を回動操作することになる。
The reaction force torque Tz calculated in this way is supplied to the
具体的に説明すると、運転者が操舵ハンドル11を中立位置から回動操作すると、所定の操舵角θz未満であれば、前記式33に従ってすなわち検出操舵角θに対して一次関数的に変化する反力トルクTzが計算される。そして、検出操舵角θが所定の操舵角θz以上であれば、前記式34に従ってすなわち検出操舵角θに対して指数関数的に変化する反力トルクTzが計算される。このとき、所定の操舵角θzにて、反力トルクTzが前記式33に従う計算から前記式34に従う計算に変更されるときには、前記式33すなわち一次関数と前記式34すなわち指数関数とが連続的に接続されるため、運転者は、前記変更に伴う反力トルクTzの違和感を覚えることがない。そして、検出操舵角θが最大操舵角θmax未満のときには、操舵角θと反力トルクTzの関係が上述したウェーバー・ヘフナーの法則に従うものとなるため、運転者は、操舵ハンドル11から人間の知覚特性に合った感覚を受けながら、操舵ハンドル11を回動操作できる。
More specifically, when the driver turns the steering handle 11 from the neutral position, if it is less than the predetermined steering angle θz, it changes according to the
また、検出操舵角θがウェーバー・ヘフナーの法則に基づいて設定された最大操舵角θmax以上拡大θmax0未満のときには、前記式37に従って操舵角θに対して一次関数的に変化する反力トルクTzが計算される。したがって、操舵角θの回動操作範囲が拡大された場合であっても、運転者は、操舵ハンドル11を回動操作することができる。さらに、検出操舵角θが拡大操舵角θmax0を超える場合には、前記式38に従ってロック反力トルクTzlが付与される。したがって、拡大された回動操作範囲を適切に確保できる。
When the detected steering angle θ is equal to or greater than the maximum steering angle θmax set based on the Weber-Hefner law and less than the enlarged θmax0, the reaction force torque Tz that changes linearly with respect to the steering angle θ according to the
以上の説明からも理解できるように、第1実施形態によれば、操舵ハンドル11に対する操舵角θは、変位−トルク変換部41およびトルク−横加速度変換部42によって見込み横加速度Gdに変換される。そして、この変換された見込み横加速度Gdに基づいて、転舵角変換部43は、見込み横加速度Gdで車両が運動するための感覚適合転舵角δaを操舵ハンドル11の操舵角θに対して指数関数的(非線形的に)に変化するように計算することができる。
As can be understood from the above description, according to the first embodiment, the steering angle θ with respect to the steering handle 11 is converted into the expected lateral acceleration Gd by the displacement-
したがって、左右前輪FW1,FW2が感覚適合転舵角δaに転舵されて車両が旋回すると、この旋回により、運転者には、前記ウェーバー・ヘフナーの法則による「与えられた刺激の物理量」として見込み横加速度Gdが与えられる。そして、この見込み横加速度Gdは操舵ハンドル11の操舵角θに対してべき乗関数的(または指数関数的)に変化するものであるので、運転者は、人間の知覚特性に合った横加速度を知覚しながら、操舵ハンドル11を操作できる。その結果、運転者は、人間の知覚特性に合わせて操舵ハンドル11を操作できるので、車両の運転が簡単になる。
Therefore, when the left and right front wheels FW1 and FW2 are steered to the sense-adapted turning angle δa and the vehicle turns, the turn is expected to give the driver a “physical quantity of the given stimulus” according to the Weber-Hefner law. A lateral acceleration Gd is given. Since the expected lateral acceleration Gd changes exponentially with respect to the steering angle θ of the
一方で、例えば、車速Vの小さい低速走行時に、運転者によって大きな操舵角θが入力された場合、言い換えれば、左右前輪FW1,FW2が大きな感覚適合転舵角δaで転舵された場合には、ヨーレートゲインYgが増大する。そして、ヨーレートゲインYgが増大した状態では、運転者による操舵ハンドル11の操作に応じて車両が急峻に旋回するようになる。 On the other hand, for example, when the driver inputs a large steering angle θ during low-speed traveling at a low vehicle speed V, in other words, when the left and right front wheels FW1, FW2 are steered at a large sensory-adapted turning angle δa. The yaw rate gain Yg increases. When the yaw rate gain Yg is increased, the vehicle turns sharply according to the operation of the steering handle 11 by the driver.
このことに対して、制限転舵角演算部44は、感覚適合転舵角δaに左右前輪FW1,FW2が転舵されることによって車両の発生するヨーレートゲインYgを制限することができ、車両が運動するための制限転舵角δbを計算することができる。ここで、制限転舵角演算部44は、車速Vが小さい場合には、転舵ギア比D(θ)の変化を所定の転舵ギア比MDで制限することによってヨーレートゲインYgの増大を制限し、制限転舵角δb1を計算することができる。また、制限転舵角演算部44は、車速Vが大きい場合には、ヨーレートゲインYgを上限値としてのヨーレート定常ゲインYg0で制限することができ、制限転舵角δb2を計算することができる。
On the other hand, the limit turning
また、転舵角決定部45は、ヨーレートゲインYgの小さい感覚適合転舵角δaまたは制限転舵角δbを目標転舵角δcとして決定することができる。そして、転舵制御部50は、左右前輪FW1,FW2をこの目標転舵角δcに転舵することができる。
Further, the turning
このように、車両に発生するヨーレートゲインYgの大きさに基づいて左右前輪FW1,FW2を転舵制御することにより、車両の旋回挙動変化を適切に制限することができる。すなわち、運転者による操舵ハンドル11の回動操作に応じて車両が旋回する場合、感覚適合転舵角δaで旋回するときの転舵ギア比Dwが制限転舵角δbで旋回するときの転舵ギア比MDよりも大きければ、または、制限転舵角δbで旋回するときのヨーレート定常ゲインYg0が感覚適合転舵角δaで旋回するときのヨーレートゲインYgwよりも大きければ、左右前輪FW1,FW2を感覚適合転舵角δaに転舵することができるため、運転者の知覚特性に合わせて車両を旋回させることができる。したがって、運転者は、車両を簡単に運転することができる。 As described above, by turning control of the left and right front wheels FW1, FW2 based on the magnitude of the yaw rate gain Yg generated in the vehicle, it is possible to appropriately limit the turning behavior change of the vehicle. That is, when the vehicle turns according to the turning operation of the steering handle 11 by the driver, the turning gear ratio Dw when turning at the sense-adapted turning angle δa turns when the turning turns at the limited turning angle δb. If the gear ratio MD is larger, or if the yaw rate steady gain Yg0 when turning at the limited turning angle δb is larger than the yaw rate gain Ygw when turning at the sense-adapted turning angle δa, the left and right front wheels FW1 and FW2 are Since the vehicle can be steered to the sense-adapted steering angle δa, the vehicle can be turned in accordance with the driver's perceptual characteristics. Therefore, the driver can drive the vehicle easily.
また、制限転舵角δbで旋回するときの転舵ギア比MDが感覚適合転舵角δaで旋回するときの転舵ギア比Dwよりも大きければ、または、感覚適合転舵角δaで旋回するときのヨーレートゲインYgwが制限転舵角δbで旋回するときのヨーレート定常ゲインYg0よりも大きければ、左右前輪FW1,FW2を制限転舵角δbに転舵することができる。これにより、運転者による操舵ハンドル11の操作に対して、ヨーレートゲインYgの増大が適切に制限されるため、車両が急峻に旋回することが確実に防止され、その結果、運転者は、車両の旋回挙動の乱れを気にすることなく、操舵ハンドル11を操作することができる。したがって、これによっても、運転者は、車両を簡単に運転することができる。 Further, if the turning gear ratio MD when turning at the limit turning angle δb is larger than the turning gear ratio Dw when turning at the sense-adapted turning angle δa, or turns at the sense-adapted turning angle δa If the yaw rate gain Ygw at that time is larger than the steady yaw rate gain Yg0 when turning at the limited turning angle δb, the left and right front wheels FW1, FW2 can be steered to the limited turning angle δb. As a result, the increase in the yaw rate gain Yg is appropriately limited with respect to the operation of the steering handle 11 by the driver, so that the vehicle is reliably prevented from turning sharply. As a result, the driver can The steering handle 11 can be operated without worrying about the disturbance of the turning behavior. Therefore, also by this, the driver can drive the vehicle easily.
ところで、左右前輪FW1,FW2が制限転舵角δbで転舵される場合には、ヨーレートゲインYgの増大が適切に制限される。このため、運転者が意図した旋回態様(より具体的には、意図した旋回半径など)で車両を旋回させるためには、操舵ハンドル11をより多く操作することが必要となる。これに対して、反力制御部60の変位−トルク変換部61は、計算された制限転舵角δbに基づいて、操舵ハンドル11の回動操作範囲を拡大するように適切に変更することができる。また、変位−トルク変換部61は、拡大された回動操作範囲内における適切な反力トルクTzを計算することができ、駆動制御部62は、計算された反力トルクTzを操舵ハンドル11に付与することができる。これにより、運転者は、操舵ハンドル11を操作することによって意図する旋回態様で車両を旋回させることができる。
By the way, when the left and right front wheels FW1, FW2 are steered at the limited turning angle δb, the increase in the yaw rate gain Yg is appropriately restricted. For this reason, in order to turn the vehicle in the turning mode (more specifically, the intended turning radius, etc.) intended by the driver, it is necessary to operate the steering handle 11 more. On the other hand, the displacement-
b.第2実施形態
次に、上記第1実施形態における運動状態量としての横加速度に代えて、ヨーレートを用いた本発明の第2実施形態について説明する。この第2実施形態においては、図1に破線で示すように、上記第1実施形態における横加速度センサ34に代えて、運転者が知覚し得る運動状態量である実ヨーレートγを検出するヨーレートセンサ38を備えている。他の構成については上記第1実施形態と同じであるが、電子制御ユニット35にて実行されるコンピュータプログラムは上記第1実施形態の場合と若干異なる。
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7の機能ブロック図により示されている。この場合、感覚適合制御部70において、変位−トルク変換部71は上記第1実施形態の変位−トルク変換部41と同様に機能するが、上記第1実施形態のトルク−横加速度変換部42に代えてトルク−ヨーレート変換部72が設けられている。
In the second embodiment, the computer program executed by the
このトルク−ヨーレート変換部72は、変位−トルク変換部71にて計算された操舵トルクTdを用いて、運転者が操舵ハンドル11の回動操作により見込んでいる見込みヨーレートγdを、操舵トルクTdの絶対値が正の所定値Tg未満であれば下記式41に従って計算し、操舵トルクTdの絶対値が正の所定値Tg以上であれば下記式42に従って計算する。ここで、式41は上記第1実施形態と同じく操舵トルクTdの一次関数式であって操舵トルクTdが「0」のときに見込みヨーレートγdが「0」となる関数である。また、式42は上記第1実施形態と同じく操舵トルクTdのべき乗関数であり、式41と所定値Tgにて連続的に接続するものである。
γd=b・Td (|Td|<Tg) …式41
γd=C・TdK2 (Tg≦|Td|) …式42
ただし、式41中のbは一次関数の傾きを表す定数であり、式42中のC,K2は,上記第1実施形態と同じく定数である。また、前記式41,42中の操舵トルクTdは前記式1,2を用いて計算された操舵トルクTdの絶対値を表しているものであり、前記計算した操舵トルクTdが正であれば定数bおよび定数Cを正の値とするとともに、前記計算した操舵トルクTdが負であれば定数bおよび定数Cを前記正の定数bおよび定数Cと同じ絶対値を有する負の値とする。なお、この場合も、前記式41,42の演算に代えて、操舵トルクTdに対する見込みヨーレートγdを記憶した図8に示すような特性の変換テーブルを用いて、見込みヨーレートγdを計算するようにしてもよい。
The torque-yaw
γd = b · Td (| Td | <Tg)
γd = C · Td K2 (Tg ≦ | Td |)
However, b in
また、転舵角変換部73は、見込みヨーレートγdを発生するのに必要な左右前輪FW1,FW2の感覚適合転舵角δaを計算するものであり、図9に示すように車速Vに応じて変化して見込みヨーレートγdに対する感覚適合転舵角δaの変化特性を表すテーブルを有する。このテーブルは、車速Vを変化させながら車両を走行させて、左右前輪FW1,FW2の転舵角δとヨーレートγとを予め実測して収集したデータの集合である。そして、転舵角変換部73は、このテーブルを参照して、前記入力した見込みヨーレートγdと車速センサ33から入力した検出車速Vに対応した感覚適合転舵角δaを計算する。また、前記テーブルに記憶されているヨーレートγ(見込みヨーレートγd)と感覚適合転舵角δaはいずれも正であるが、トルク−ヨーレート変換部72から供給される見込みヨーレートγdが負であれば、出力される感覚適合転舵角δaも負となる。
Further, the turning
なお、前記式19で示したように、転舵角δは車速Vとヨーレートγの関数であるので、前記テーブルを参照することに代えて、下記式43の演算の実行によって見込みヨーレートγdを発生させる感覚適合転舵角δaを計算することができる。
δa=L・(1+A・V2)・γd/V …式43
ただし、前記式43においても、Lはホイールベースを示す予め決められた所定値であり、Aは車両の運動性能を表す予め決められた所定値である。
Since the turning angle δ is a function of the vehicle speed V and the yaw rate γ as shown in the equation 19, the expected yaw rate γd is generated by executing the calculation of the following
δa = L · (1 + A · V 2 ) · γd /
However, also in the
また、制限転舵角演算部74は、第1実施形態の制限転舵角演算部44と同様に、検出車速Vが所定の車速V0よりも小さいときには、前記式23に従って転舵ギア比MDによりヨーレートゲインYgを制限した制限転舵角δb1を計算する。また、検出車速Vが所定の車速V1よりも大きいときには、前記式29に従ってヨーレート定常ゲインYg0によりヨーレートゲインYgを制限した制限転舵角δb2を計算する。
Similarly to the limited turning
また、転舵角決定部75は、第1実施形態の転舵角決定部45と同様に、検出車速Vが所定の車速V0よりも小さいときには、転舵ギア比MDwと転舵ギア比MDとを比較する。そして、転舵ギア比MDが転舵ギア比MDw以上であれば、制限転舵角δb1を目標転舵角δcとして決定し、転舵ギア比MDwが転舵ギア比MDよりも大きければ、感覚適合転舵角δaを目標転舵角δcとして決定する。また、検出車速Vが所定の車速V1よりも大きいときには、ヨーレートゲインYgwとヨーレート定常ゲインYg0とを比較する。そして、ヨーレートゲインYgwがヨーレート定常ゲインYg0以上であれば、制限転舵角δb2を目標転舵角δcとして決定し、ヨーレート定常ゲインYg0がヨーレートゲインYgwよりも大きければ、感覚適合転舵角δaを目標転舵角δcとして決定する。
Similarly to the turning
そして、この決定された目標転舵角δcは、転舵制御部50の転舵角補正部53に供給される。転舵角補正部53は、トルク−ヨーレート変換部72から見込みヨーレートγdを入力するとともに、ヨーレートセンサ38によって検出された実ヨーレートγをも入力しており、下記式44の演算を実行して、入力した目標転舵角δcを補正して補正目標転舵角δdを計算する。
δd=δc+K4・(γd−γ) …式44
ただし、係数K4は予め決められた正の定数であり、実ヨーレートγが見込みヨーレートγdに満たない場合には、補正目標転舵角δdの絶対値が大きくなる側に補正される。また、実ヨーレートγが見込みヨーレートγdを超える場合には、補正目標転舵角δdの絶対値が小さくなる側に補正される。この補正により、見込みヨーレートγdに必要な左右前輪FW1,FW2の転舵角δがより精度よく確保される。
The determined target turning angle δc is supplied to the turning
δd = δc + K4 · (γd−γ)
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 δd becomes larger. When the actual yaw rate γ exceeds the expected yaw rate γd, the absolute value of the corrected target turning angle δd is corrected to be smaller. 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.
なお、本実施形態においては、転舵角補正部53は、感覚適合転舵角δaが目標転舵角δcとして決定された場合に目標転舵角δc(感覚適合転舵角δa)を補正計算して補正目標転舵角δdとして出力するものとし、制限転舵角δbが目標転舵角δcとして決定された場合は、目標転舵角δc(制限転舵角δb)を補正計算することなく補正目標転舵角δdとして出力する。
In the present embodiment, the turning
また、電子制御ユニット35にて実行される他のプログラム処理については上記第1実施形態の場合と同じである。そして、図7の機能ブロック図において、上記第1実施形態の図2と同じ符号を付してその説明を省略する。
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、車両に発生するヨーレートゲインYgの大きさに基づいて左右前輪FW1,FW2を転舵制御することにより、車両の旋回挙動変化を適切に制限することができる。すなわち、運転者による操舵ハンドル11の回動操作に応じて車両が旋回する場合、感覚適合転舵角δaで旋回するときの転舵ギア比Dwが制限転舵角δbで旋回するときの転舵ギア比MDよりも大きければ、または、制限転舵角δbで旋回するときのヨーレート定常ゲインYg0が感覚適合転舵角δaで旋回するときのヨーレートゲインYgwよりも大きければ、左右前輪FW1,FW2を感覚適合転舵角δaに転舵することができるため、運転者の知覚特性に合わせて車両を旋回させることができる。したがって、運転者は、車両を簡単に運転することができる。 Also in the second embodiment described above, it is possible to appropriately limit the turning behavior change of the vehicle by turning the left and right front wheels FW1, FW2 based on the magnitude of the yaw rate gain Yg generated in the vehicle. it can. That is, when the vehicle turns according to the turning operation of the steering handle 11 by the driver, the turning gear ratio Dw when turning at the sense-adapted turning angle δa turns when the turning turns at the limited turning angle δb. If the gear ratio MD is larger, or if the yaw rate steady gain Yg0 when turning at the limited turning angle δb is larger than the yaw rate gain Ygw when turning at the sense-adapted turning angle δa, the left and right front wheels FW1 and FW2 are Since the vehicle can be steered to the sense-adapted steering angle δa, the vehicle can be turned in accordance with the driver's perceptual characteristics. Therefore, the driver can drive the vehicle easily.
また、制限転舵角δbで旋回するときの転舵ギア比MDが感覚適合転舵角δaで旋回するときの転舵ギア比Dwよりも大きければ、または、感覚適合転舵角δaで旋回するときのヨーレートゲインYgwが制限転舵角δbで旋回するときのヨーレート定常ゲインYg0よりも大きければ、左右前輪FW1,FW2を制限転舵角δbに転舵することができる。これにより、運転者による操舵ハンドル11の操作に対して、ヨーレートゲインYgの増大が適切に制限されるため、車両が急峻に旋回することが確実に防止され、その結果、運転者は、車両の旋回挙動の乱れを気にすることなく、操舵ハンドル11を操作することができる。したがって、これによっても、運転者は、車両を簡単に運転することができる。さらに、具体的な作用効果についても、上記第1実施形態の横加速度をヨーレートに換えた点を除けば、同じである。 Further, if the turning gear ratio MD when turning at the limit turning angle δb is larger than the turning gear ratio Dw when turning at the sense-adapted turning angle δa, or turns at the sense-adapted turning angle δa If the yaw rate gain Ygw at that time is larger than the steady yaw rate gain Yg0 when turning at the limited turning angle δb, the left and right front wheels FW1, FW2 can be steered to the limited turning angle δb. As a result, the increase in the yaw rate gain Yg is appropriately limited with respect to the operation of the steering handle 11 by the driver, so that the vehicle is reliably prevented from turning sharply. As a result, the driver can The steering handle 11 can be operated without worrying about the disturbance of the turning behavior. Therefore, also by this, the driver can drive the vehicle easily. Further, the specific effects are the same except that the lateral acceleration of the first embodiment is changed to the yaw rate.
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10の機能ブロック図により示されている。この場合、感覚適合制御部80において、変位−トルク変換部81は上記第1実施形態の変位−トルク変換部41と同様に機能するが、上記第1実施形態のトルク−横加速度変換部42に代えてトルク−旋回曲率変換部82が設けられている。
In the third embodiment, the computer program executed by the
このトルク−旋回曲率変換部82は、変位−トルク変換部81にて計算された操舵トルクTdを用いて、運転者が操舵ハンドル11の回動操作により見込んでいる見込み旋回曲率ρdを、操舵トルクTdの絶対値が正の所定値Tg未満であれば下記式45に従って計算し、操舵トルクTdの絶対値が正の小さな所定値Tg以上であれば下記式46に従って計算する。ここで、式45は上記第1実施形態と同じく操舵トルクTdの一次関数であって操舵トルクTdが「0」のときに見込み旋回曲率ρdが「0」となる関数である。また、式46は、上記各実施形態と同じく操舵トルクTdのべき乗関数であり、式45と所定値Tgにて連続的に接続するものである。
ρd=b・Td (|Td|<Tg) …式45
ρd=C・TdK2 (Tg≦|Td|) …式46
ただし、式45中のbは一次関数の傾きを表す定数であり、式46中のC,K2は,上記第1実施形態と同じく定数である。また、この場合も、前記式45,46中の操舵トルクTdは上記式1,2を用いて計算した操舵トルクTdの絶対値を表しているものであり、前記計算した操舵トルクTdが正であれば定数bおよび定数Cを正の値とするとともに、前記計算した操舵トルクTdが負であれば定数bおよび定数Cを前記正の定数bおよび定数Cと同じ絶対値を有する負の値とする。なお、この場合も、前記式45,46の演算に代えて、操舵トルクTdに対する見込み旋回曲率ρdを記憶した図11に示すような特性の変換テーブルを用いて、見込み旋回曲率ρdを計算するようにしてもよい。
The torque-turning
ρd = b · Td (| Td | <Tg)
ρd = C · Td K2 (Tg ≦ | Td |) Equation 46
However, b in
また、転舵角変換部83は、見込み旋回曲率ρdを発生するのに必要な左右前輪FW1,FW2の感覚適合転舵角δaを計算するものであり、図12に示すように車速Vに応じて変化して見込み旋回曲率ρdに対する感覚適合転舵角δaの変化特性を表すテーブルを有する。このテーブルは、車速Vを変化させながら車両を走行させて、左右前輪FW1,FW2の転舵角δと旋回曲率ρとを予め実測して収集したデータの集合である。そして、転舵角変換部83は、このテーブルを参照して、前記入力した見込み旋回曲率ρdと車速センサ33から入力した検出車速Vとに対応した感覚適合転舵角δaを計算する。また、前記テーブルに記憶されている旋回曲率ρ(見込み旋回曲率ρd)と感覚適合転舵角δaはいずれも正であるが、トルク−旋回曲率変換部82から供給される見込み旋回曲率ρdが負であれば、出力される感覚適合転舵角δaも負となる。
Further, the turning
なお、感覚適合転舵角δaは下記式47に示すように車速Vと旋回曲率ρの関数であるので、前記テーブルを参照することに代えて、下記式47の演算の実行によっても計算することができる。
δa=L・(1+A・V2)・ρd …式47
ただし、前記式47においても、Lはホイールベースを示す予め決められた所定値であり、Aは車両の運動性能を表す予め決められた所定値である。
Since the sensory-adapted turning angle δa is a function of the vehicle speed V and the turning curvature ρ as shown in the following formula 47, it is calculated by executing the calculation of the following formula 47 instead of referring to the table. Can do.
δa = L · (1 + A · V 2 ) · ρd Equation 47
However, also in the formula 47, L is a predetermined value indicating the wheel base, and A is a predetermined value indicating the motion performance of the vehicle.
また、制限転舵角演算部84は、第1実施形態の制限転舵角演算部44と同様に、検出車速Vが所定の車速V0よりも小さいときには、前記式23に従って転舵ギア比MDによりヨーレートゲインYgを制限した制限転舵角δb1を計算する。また、検出車速Vが所定の車速V1よりも大きいときには、前記式29に従ってヨーレート定常ゲインYg0によりヨーレートゲインYgを制限した制限転舵角δb2を計算する。
Further, similarly to the limited turning
また、転舵角決定部85は、第1実施形態の転舵角決定部45と同様に、検出車速Vが所定の車速V0よりも小さいときには、転舵ギア比MDwと転舵ギア比MDとを比較する。そして、転舵ギア比MDが転舵ギア比MDw以上であれば、制限転舵角δb1を目標転舵角δcとして決定し、転舵ギア比MDwが転舵ギア比MDよりも大きければ、感覚適合転舵角δaを目標転舵角δcとして決定する。また、検出車速Vが所定の車速V1よりも大きいときには、ヨーレートゲインYgwとヨーレート定常ゲインYg0とを比較する。そして、ヨーレートゲインYgwがヨーレート定常ゲインYg0以上であれば、制限転舵角δb2を目標転舵角δcとして決定し、ヨーレート定常ゲインYg0がヨーレートゲインYgwよりも大きければ、感覚適合転舵角δaを目標転舵角δcとして決定する。
Similarly to the turning
この決定された目標転舵角δcは、転舵制御部50の転舵角補正部54に供給される。転舵角補正部54は、トルク−旋回曲率変換部82から見込み旋回曲率ρdを入力するとともに、旋回曲率計算部55から実旋回曲率ρも入力する。旋回曲率計算部55は、横加速度センサ34によって検出された横加速度Gと、または、ヨーレートセンサ38によって検出されたヨーレートγと、車速センサ33によって検出された車速Vとを用いて、下記式48の演算の実行により実旋回曲率ρを計算して転舵角補正部54に出力する。
ρ=G/V2またはρ=γ/V …式48
The determined target turning angle δc is supplied to the turning
ρ = G / V 2 or ρ = γ / V Equation 48
そして、転舵角補正部54は、下記式49の演算を実行して、入力した目標転舵角δcを補正して補正目標転舵角δdを計算する。
δd=δc+K5・(ρd−ρ) …式49
ただし、係数K5は予め決められた正の定数であり、実旋回曲率ρが見込み旋回曲率ρに満たない場合には、補正目標転舵角δdの絶対値が大きくなる側に補正される。また、実旋回局率ρが見込み旋回曲率ρdを超える場合には、補正目標転舵角δdの絶対値が小さくなる側に補正される。この補正により、見込み旋回曲率ρdに必要な左右前輪FW1,FW2の転舵角がより精度よく確保される。
And the turning angle correction |
δd = δc + K5 · (ρd−ρ) Equation 49
However, the coefficient K5 is a predetermined positive constant, and when the actual turning curvature ρ is less than the expected turning curvature ρ, the coefficient K5 is corrected so that the absolute value of the corrected target turning angle δd becomes larger. When the actual turning station rate ρ exceeds the expected turning curvature ρd, the absolute value of the corrected target turning angle δd 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.
なお、本実施形態においては、転舵角補正部51は、感覚適合転舵角δaが目標転舵角δcとして決定された場合に目標転舵角δc(感覚適合転舵角δa)を補正計算して補正目標転舵角δdとして出力するものとし、制限転舵角δbが目標転舵角δcとして決定された場合は、目標転舵角δc(制限転舵角δb)を補正計算することなく補正目標転舵角δdとして出力する。
In the present embodiment, the turning
また、電子制御ユニット35にて実行される他のプログラム処理については上記第1実施形態の場合と同じである。そして、図10の機能ブロック図において、上記第1実施形態の図2と同一の符号を付してその説明を省略する。
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、車両に発生するヨーレートゲインYgの大きさに基づいて左右前輪FW1,FW2を転舵制御することにより、車両の旋回挙動変化を適切に制限することができる。すなわち、運転者による操舵ハンドル11の回動操作に応じて車両が旋回する場合、感覚適合転舵角δaで旋回するときの転舵ギア比Dwが制限転舵角δbで旋回するときの転舵ギア比MDよりも大きければ、または、制限転舵角δbで旋回するときのヨーレート定常ゲインYg0が感覚適合転舵角δaで旋回するときのヨーレートゲインYgwよりも大きければ、左右前輪FW1,FW2を感覚適合転舵角δaに転舵することができるため、運転者の知覚特性に合わせて車両を旋回させることができる。したがって、運転者は、車両を簡単に運転することができる。 In the third embodiment described above, the turning behavior change of the vehicle can be appropriately limited by turning the left and right front wheels FW1 and FW2 based on the magnitude of the yaw rate gain Yg generated in the vehicle. it can. That is, when the vehicle turns according to the turning operation of the steering handle 11 by the driver, the turning gear ratio Dw when turning at the sense-adapted turning angle δa turns when the turning turns at the limited turning angle δb. If the gear ratio MD is larger, or if the yaw rate steady gain Yg0 when turning at the limited turning angle δb is larger than the yaw rate gain Ygw when turning at the sense-adapted turning angle δa, the left and right front wheels FW1 and FW2 are Since the vehicle can be steered to the sense-adapted steering angle δa, the vehicle can be turned in accordance with the driver's perceptual characteristics. Therefore, the driver can drive the vehicle easily.
また、制限転舵角δbで旋回するときの転舵ギア比MDが感覚適合転舵角δaで旋回するときの転舵ギア比Dwよりも大きければ、または、感覚適合転舵角δaで旋回するときのヨーレートゲインYgwが制限転舵角δbで旋回するときのヨーレート定常ゲインYg0よりも大きければ、左右前輪FW1,FW2を制限転舵角δbに転舵することができる。これにより、運転者による操舵ハンドル11の操作に対して、ヨーレートゲインYgの増大が適切に制限されるため、車両が急峻に旋回することが確実に防止され、その結果、運転者は、車両の旋回挙動の乱れを気にすることなく、操舵ハンドル11を操作することができる。したがって、これによっても、運転者は、車両を簡単に運転することができる。さらに、具体的な作用効果についても、上記第1実施形態の横加速度を旋回曲率に換えた点を除けば、同じである。 Further, if the turning gear ratio MD when turning at the limit turning angle δb is larger than the turning gear ratio Dw when turning at the sense-adapted turning angle δa, or turns at the sense-adapted turning angle δa If the yaw rate gain Ygw at that time is larger than the steady yaw rate gain Yg0 when turning at the limited turning angle δb, the left and right front wheels FW1, FW2 can be steered to the limited turning angle δb. As a result, the increase in the yaw rate gain Yg is appropriately limited with respect to the operation of the steering handle 11 by the driver, so that the vehicle is reliably prevented from turning sharply. As a result, the driver can The steering handle 11 can be operated without worrying about the disturbance of the turning behavior. Therefore, also by this, the driver can drive the vehicle easily. Further, the specific operational effects are the same except that the lateral acceleration of the first embodiment is replaced with the turning curvature.
次に、操舵ハンドル11の操作入力値として操舵トルクTを利用するようにした上記第1、第2および第3実施形態の変形例について説明する。この変形例においては、図1に破線で示すように、操舵入力軸12に組み付けられて操舵ハンドル11に入力された操舵トルクを検出して操舵トルクTとして出力する操舵トルクセンサ39を備えている。他の構成については上記第1、第2および第3実施形態と同じであるが、電子制御ユニット35にて実行されるコンピュータプログラムは上記第1、第2および第3実施形態の場合と若干異なる。なお、この変形例の説明においては、上記第1実施形態を代表的に例示して説明するが、第2および第3実施形態においても同様に構成することにより同様の効果を得ることができる。
Next, modified examples of the first, second and third embodiments in which the steering torque T is used as the operation input value of the steering handle 11 will be described. In this modification, as shown by a broken line in FIG. 1, a
この変形例の場合には、前記コンピュータプログラムを表す図2の機能ブロック図において、感覚適合制御部40に変位−トルク変換部41は設けられておらず、トルク−横加速度変換部42が、上記第1実施形態における変位−トルク変換部41にて計算される操舵トルクTdに代えて、操舵トルクセンサ39によって検出された操舵トルクTを用いた式3,4の演算の実行により見込み横加速度Gdを計算する。なお、この場合も、式3,4の演算の実行に代え、図4に示す特性を表すテーブルを用いて見込み横加速度Gdを計算するようにしてもよい。また、電子制御ユニット35にて実行される他のプログラム処理については上記第1実施形態の場合と同じである。
In the case of this modification, in the functional block diagram of FIG. 2 representing the computer program, the sensory
この変形例によれば、操舵ハンドル11に対する運転者の操作入力値としての操舵トルクTがトルク−横加速度変換部42によって見込み横加速度Gdに変換され、転舵角変換部43、制限転舵角演算部44、転舵角決定部45、転舵角補正部51および駆動制御部52により、左右前輪FW1,FW2は補正目標転舵角δdに転舵される。したがって、この変形例においても、変位−トルク変換部41が省略されたこと以外、上記第1実施形態と同様に作動するため、上記第1実施形態と同様の効果が期待される。
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 lateral acceleration Gd by the torque-lateral
さらに、上記第1、第2および第3実施形態による車両の操舵制御と、前記変形例による車両の操舵制御とを切り替え可能にしてもよい。すなわち、操舵角センサ31と操舵トルクセンサ39の両方を備え、例えば、上記第1実施形態のように変位−トルク変換部41にて計算される操舵トルクTdを用いて見込み横加速度Gdを計算する場合と、操舵トルクセンサ39によって出力された操舵トルクTを用いて見込み横加速度Gdを計算する場合とを切り替えて利用可能とすることもできる。この場合、前記切り替えを、運転者の意思により、または車両の車速Vに応じて自動的に切り替えるようにするとよい。この場合においても、操舵角θに基づいて計算される操舵トルクTdまたは操舵トルクセンサ39から出力された操舵トルクTは、トルク−横加速度変換部42によって、例えば、図4に示す変換テーブルに基づいて見込み横加速度Gdが計算されるため、前記切り替えに伴う違和感を覚えることがない。
Furthermore, the vehicle steering control according to the first, second, and third embodiments and the vehicle steering control according to the modification may be switchable. That is, both the
また、上記第1、第2および第3実施形態においては、低速時においては転舵ギア比MD、高速時においてはヨーレート定常ゲインYg0を用いて、ヨーレートゲインYgの増大を制限するように実施した。これに対して、運転者による操舵ハンドル11の回動操作速度すなわち操舵角θの時間変化量dθ/dt(以下、この時間変化量を操舵角速度dθ/dtという)に応じて、反力アクチュエータ13の粘性成分が大きくなるように変更させて実施することも可能である。以下、この変形例について説明する。
In the first, second, and third embodiments, the increase of the yaw rate gain Yg is limited by using the steered gear ratio MD at low speed and the yaw rate steady gain Yg0 at high speed. . On the other hand, the
この変形例においては、図13に示すように、反力制御部60に粘性成分演算部63が設けられている。粘性成分演算部63は、操舵角速度dθ/dtに応じて反力アクチュエータ13の電動モータによる反力トルクTzを構成する粘性成分トルクTrを計算する。具体的に説明すると、粘性成分演算部63は、下記式50に従って、操舵角速度dθ/dtに対する粘性成分トルクTrを計算する。
Tr=E・(dθ/dt) …式50
ただし、前記式50中のEは実験によって予め決定される所定値である。
In this modification, as shown in FIG. 13, the reaction
Tr = E · (dθ / dt) ...
However, E in the
また、粘性成分演算部63は、感覚適合制御部40の制限転舵角演算部44からヨーレートゲインYgを入力している。そして、粘性成分演算部63は、入力したヨーレートゲインYgを補正した補正ゲイン値Yg1を下記式51に従って計算し、同計算した補正ゲイン値Tg1に応じた粘性成分トルクTrの補正係数Fを、図14に示すヨーレートゲインマップを用いて計算する。
Yg1=Kp・Yg+Kd・Kdm・(dYg/dt) …式51
ただし、前記式51中のKp,Kdは所定の定数である。また、Kdmは、車速係数であり、図15の特性テーブルに示すように、検出車速Vの小さな範囲内で「1」よりも大きく、検出車速Vの大きな範囲内で「1」よりも小さく、検出車速Vの増加に従って「1」を挟んで非線形に減少する変数である。
In addition, the viscosity
Yg1 = Kp · Yg + Kd · Kdm · (dYg / dt)
However, Kp and Kd in the
そして、粘性成分演算部63は、前記式50に従って計算された粘性成分トルクTrを補正係数Fで補正した補正粘性成分トルクTrdを、下記式52に従って計算する。
Trd=Tr・F …式52
このように、ヨーレートゲインYgの大きさに応じて、補正粘性成分トルクTrdを計算すると、粘性成分演算部63は、同トルクTrdを駆動制御部62に供給する。これにより、駆動制御部62は、変位−トルク変換部61によって計算された反力トルクTzと補正粘性成分トルクTrdとに応じた反力を操舵ハンドル11に付与する。
Then, the viscosity
Trd = Tr · F ...
As described above, when the corrected viscosity component torque Trd is calculated according to the magnitude of the yaw rate gain Yg, the viscosity
これにより、操舵ハンドル11の操舵角速度dθ/dtに応じて大きな反力が付与されるため、運転者による操舵ハンドル11の回動操作速度が制限される。この結果、ヨーレートゲインYgの増大が良好に制限されるため、運転者は車両を容易に旋回させることができる。
As a result, a large reaction force is applied in accordance with the steering angular velocity dθ / dt of the
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。 Furthermore, in carrying out the present invention, the present invention is not limited to the first to third embodiments and modifications thereof, 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実施形態においては、制限転舵角演算部41,71,81は、車速Vが大きいときの制限転舵角δb2を計算するにあたり、ヨーレート定常ゲインYg0を用いて計算するようにした。しかしながら、制限転舵角δb1の計算と同様に、車速Vが大きい場合であっても、転舵ギア比D(θ)を制限して制限転舵角δb2を計算するように実施可能であることはいうまでもない。
For example, in the first to third embodiments, the limited turning
また、上記第1ないし第3実施形態およびそれらの変形例においては、車両を操舵するために回動操作される操舵ハンドル11を用いるようにした。しかし、これに代えて、例えば、直線的に変位するジョイスティックタイプの操舵ハンドルを用いてもよいし、その他、運転者によって操作されるとともに車両に対する操舵を指示できるものであれば、いかなるものを用いてもよい。 Further, 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実施形態およびそれらの変形例においては、転舵アクチュエータ21を用いて転舵出力軸22を回転させることにより、左右前輪FW1,FW2を転舵するようにした。しかし、これに代えて、転舵アクチュエータ13を用いてラックバー23をリニアに変位させることにより、左右前輪FW1,FW2を転舵するようにしてもよい。
In the first to third embodiments and the modifications thereof, the left and right front wheels FW1, FW2 are steered by rotating the steered
さらに、上記第1ないし第3実施形態およびそれらの変形例においては、人間が知覚し得る車両の運動状態量として、横加速度、ヨーレートおよび旋回曲率をそれぞれ単独で用いるようにした。しかし、これらの車両の運動状態量を、運転者による選択操作により切り換え、または車両の走行状態に応じて自動的に切り換えて、車両の操舵制御を行なうようにしてもよい。車両の走行状態に応じて自動的に切り換える場合、例えば、車両の低速走行時には前記運動状態量として旋回曲率を用い、車両の中速走行時には前記運動状態量としてヨーレートを用い、かつ車両の高速走行時には前記運動状態量として横加速度を用いるようにする。これによれば、車両の走行状態に応じて適切な車両の操舵制御がなされ、車両の運転がより易しくなる。 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 motion state quantity of the vehicle that can be perceived by a human. 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…感覚適合制御部、41,71,81…変位−トルク変換部、42…トルク−横加速度変換部、43,73,83…転舵角変換部、44,74,84…制限転舵角演算部、45,75,85…転舵角決定部、72…トルク−ヨーレート変換部、82…トルク−旋回曲率変換部、50…転舵制御部、51,53,54…転舵角補正部、60…反力制御部、61…変位−トルク変換部、63…粘性成分演算部。
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 ... Vehicle speed sensor, 34 ... Lateral acceleration sensor, 35 ... Electronic control unit, 38 ... Steering torque sensor, 39 ... Yaw rate sensor, 40 ... Sensory adaptation control part, 41, 71, 81 ... Displacement-torque conversion part, 42 ... Torque- Lateral acceleration conversion unit, 43, 73, 83 ... turning angle conversion unit, 44, 74, 84 ... limited turning angle calculation unit, 45, 75, 85 ... turning angle determination unit, 72 ... torque-yaw rate conversion unit, 82 ... torque-turning curvature conversion unit, 50 ... turning control unit, 51, 53, 54 ... turning angle correction unit, 60 ... reaction force control unit, 61 ... displacement-torque conversion unit, 63 ... viscosity component calculation unit.
Claims (7)
前記操舵ハンドルに対する運転者の操作入力値を検出する操作入力値検出手段と、
前記転舵輪の転舵に応じて車両の発生するヨーレートの変化量であって、前記検出された操作入力値に対する前記ヨーレートの変化量を表すヨーレートゲインの変化を制限するヨーレートゲイン制限手段と、
前記制限されたヨーレートゲインを反映して車両が運動するための前記転舵輪の制限転舵量を計算する制限転舵量計算手段と、
前記計算された制限転舵量に応じて前記転舵アクチュエータを制御して前記転舵輪を同計算された制限転舵量に転舵する転舵制御手段とで構成し、
前記制御装置は、さらに、
前記制限転舵量計算手段によって計算された制限転舵量に基づいて、前記操舵ハンドルの操作可能範囲を拡大して変更する操作範囲変更手段と、
前記拡大して変更された操舵ハンドルの操作可能範囲に対応する反力を計算する反力計算手段と、
前記計算された反力に応じて前記反力アクチュエータを制御して前記操舵ハンドルに同計算された反力を付与する反力制御手段とを備えることを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。 A steering handle operated by a driver to steer the vehicle, a reaction force actuator for applying a reaction force to the operation of the steering handle, a turning actuator for turning steered wheels, In a steering-by-wire vehicle steering apparatus comprising a control device that drives the steering actuator in response to an operation of a steering handle to nonlinearly control the steered wheels, the control device includes:
An operation input value detecting means for detecting an operation input value of a driver for the steering wheel;
A yaw rate gain limiting means for limiting a change in a yaw rate gain representing a change amount of the yaw rate with respect to the detected operation input value, which is a change amount of the yaw rate generated by the vehicle in response to turning of the steered wheels;
Limiting turning amount calculation means for calculating a limiting turning amount of the steered wheels for the vehicle to move while reflecting the limited yaw rate gain;
A steering control unit configured to control the steering actuator according to the calculated limit turning amount and to steer the steered wheel to the calculated limit turning amount ;
The control device further includes:
Based on the limited turning amount calculated by the limited turning amount calculation means, an operation range changing means for expanding and changing the operable range of the steering handle;
Reaction force calculating means for calculating a reaction force corresponding to the operable range of the steering wheel that has been enlarged and changed;
A steering-by-wire vehicle steering apparatus comprising: a reaction force control unit that controls the reaction force actuator according to the calculated reaction force to apply the calculated reaction force to the steering handle. .
前記制御装置は、さらに、
車両の車速を検出する車速検出手段を備えており、
前記ヨーレートゲイン制限手段は、
前記検出された車速に応じて前記ヨーレートゲインの変化を制限することを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。 The steering apparatus for a steering-by-wire vehicle according to claim 1,
The control device further includes:
Vehicle speed detecting means for detecting the vehicle speed of the vehicle,
The yaw rate gain limiting means includes
A steering-by-wire vehicle steering apparatus that limits a change in the yaw rate gain in accordance with the detected vehicle speed.
前記ヨーレートゲイン制限手段は、
前記検出された操作入力値と、同操作入力値に対して非線形的に変化する前記転舵輪の転舵量との比を表す転舵ギア比を制限して、前記ヨーレートゲインの変化を制限することを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。 In the steering apparatus for a steering-by-wire vehicle according to claim 1 or 2,
The yaw rate gain limiting means includes
Limiting a change in the yaw rate gain by limiting a steered gear ratio that represents a ratio between the detected operation input value and a steered wheel turning amount that changes nonlinearly with respect to the operation input value. A steering-by-wire vehicle steering apparatus characterized by the above.
前記ヨーレートゲイン制限手段は、
前記ヨーレートゲインが変化し得る上限を設定して、前記ヨーレートゲインの変化を制限することを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。 In the steering apparatus for a steering-by-wire vehicle according to claim 1 or 2,
The yaw rate gain limiting means includes
A steering-by-wire vehicle steering apparatus, wherein an upper limit at which the yaw rate gain can be changed is set to limit a change in the yaw rate gain.
前記ヨーレートゲイン制限手段は、
前記反力アクチュエータによって付与される反力を形成する粘性成分トルクを、前記操舵ハンドルの操作速度に応じて大きく設定して、前記ヨーレートゲインの変化を制限することを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。 In the steering apparatus for a steering-by-wire vehicle according to claim 1 or 2,
The yaw rate gain limiting means includes
A steering-by-wire vehicle characterized in that a viscous component torque that forms a reaction force applied by the reaction force actuator is set to be large in accordance with an operation speed of the steering handle to limit a change in the yaw rate gain. Steering device.
前記制御装置を、さらに、
車両の旋回に関係して運転者が知覚し得る車両の運動状態を表していて前記検出された操作入力値と予め定めた指数関係またはべき乗関係にある車両の見込み運動状態量を、前記検出された操作入力値を用いて計算する運動状態量計算手段と、
前記計算された見込み運動状態量で車両が運動するために必要な前記転舵輪の感覚適合転舵量を、前記計算された見込み運動状態量を用いて計算する感覚適合転舵量計算手段と、
前記感覚適合転舵量で旋回する車両に発生するヨーレートゲインと前記制限されたヨーレートゲインとを比較し、これらのヨーレートゲインのうちの小さいヨーレートゲインに対応する感覚適合転舵量または制限転舵量を前記転舵輪の目標転舵量として決定する転舵量決定手段とを備えて構成し、
前記転舵制御手段は、前記転舵量決定手段によって決定された目標転舵量に応じて前記転舵アクチュエータを制御して前記転舵輪を同決定された目標転舵量に転舵することを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。 The steering apparatus for a steering-by-wire vehicle according to claim 1,
The control device;
A vehicle motion state that can be perceived by the driver in relation to the turning of the vehicle, and the estimated motion state quantity of the vehicle that is in a predetermined exponential relationship or a power relationship with the detected operation input value is detected. Motion state quantity calculating means for calculating using the manipulated input value;
Sensory adaptive turning amount calculation means for calculating the sensory adaptive turning amount of the steered wheels necessary for the vehicle to move with the calculated expected movement state amount using the calculated expected movement state amount;
The yaw rate gain generated in the vehicle turning with the sensory-adapted steering amount is compared with the limited yaw rate gain, and the sensory-adapted steering amount or the limited steering amount corresponding to the smaller yaw rate gain of these yaw rate gains. And a turning amount determination means for determining the turning amount as a target turning amount of the turning wheel,
The turning control means controls the turning actuator according to the target turning amount determined by the turning amount determination means to turn the turning wheels to the determined turning amount. A steering-by-wire vehicle steering apparatus characterized by the above.
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 claim 6,
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.
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