KR20060121949A

KR20060121949A - 차량의 조타장치

Info

Publication number: KR20060121949A
Application number: KR1020067015815A
Authority: KR
Inventors: 다케시 고토; 류이치 구로사와; 겐지 도즈; 다이스케 야마다
Original assignee: 도요다 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date: 2004-01-07
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2006-11-29
Also published as: EP1705101B1; EP1705101A4; EP1705101A1; KR100770392B1; JP2005193783A; CN1902080B; US20080251312A1; JP4231416B2; WO2005066009A1; CN1902080A; US7581616B2

Abstract

본 발명은 스티어링 바이 와이어방식의 차량의 조타장치에 있어서, 컴퓨터 프로그램 처리에 의하여 전륜이 전타 제어되는 것이다.

이를 위하여 본 발명에서는 변위 - 토오크 변환부(51)는 조타각(θ)을 지수 관계에 있는 조타 토오크(Td)로 변환한다. 토오크 - 횡가속도 변환부(52)는, 조타 토오크(Td)를 누승 관계에 있고, 사람이 지각할 수 있는 차량의 운동상태량으로서의 예상 횡가속도(Gd)[또는 예상 요레이트(γd), 예상 선회곡률(ρd)]로 변환한다. 전타각 변환부(53)는 예상 횡가속도(Gd)[또는 예상 요레이트(γd), 예상 선회곡률(ρd)]로 차량이 운동하기 때문에 필요한 목표 전타각(δd)을 계산한다. 그리고 전타 제어부(60)는 전타륜을 목표 전타각(δd)으로 전타 제어한다. 운전자는 횡가속도를 느끼면서 핸들 조작을 행하기 때문에 차량의 운전이 하기 쉬워진다.

Description

차량의 조타장치{STEERING DEVICE OF VEHICLE}

본 발명은 차량을 조타하기 위하여 운전자에 의하여 조작되는 조타 핸들과, 전타륜을 전타하기 위한 전타 액츄에이터와, 조타 핸들의 조작에 따라 전타 액츄에이터를 구동 제어하여 전타륜을 전타하는 전타 제어장치를 구비한 스티어링 바이 와이어(steering by wire)방식의 차량의 조타장치에 관한 것이다.

최근, 이와 같은 스티어링 바이 와이어방식의 조타장치의 개발은, 적극적으로 행하여지게 되었다. 그리고 예를 들면 일본국 특개2000-85604호 공보에는, 조타각 및 차속을 검출하여 조타각의 증가에 따라 감소함과 동시에 차속의 증가에 따라 증가하는 전달비를 계산하여 이 전달비로 조타각을 제산함으로써 전륜의 전타각(랙축의 변위량)을 계산하고, 상기 계산한 전타각에 전륜을 전타하도록 한 조타장치가 나타나 있다. 또 이 조타장치에서는 검출 핸들 조타각을 시간 미분한 조타속도에 따라 상기 계산한 전타각을 보정함으로써, 전륜의 전타 응답성·추종성을 높이도록 하고 있다. 또한 검출차속 및 검출 핸들 조타각을 사용하여 목표 요레이트를 계산하고, 이 계산한 목표 요레이트와 검출한 실제 요레이트와의 차에 따라 상기 계산한 전타각을 보정함으로써, 차량의 거동상태를 고려한 전타 제어를 실현하도록도 되어 있다.

또, 일본국 특개평11-124047호 공보에는 조타 토오크 및 핸들 조타각을 검출하여 조타 토오크 및 핸들 조타각의 증가에 따라 증가하는 2개의 전타각을 각각 계산하고, 이들 계산한 양 전타각을 가산한 전타각으로 전륜을 전타하도록 한 조타장치가 나타나 있다. 이 조타장치에서는 차속도 검출하여 이 검출 차속에 의하여 상기 양 전타각을 보정하고, 전타 특성을 차속에 따라 변경하도록 하고 있다.

상기 종래의 장치 중 어느 것에서도 차량을 조타하기 위한 운전자에 의한 조타 핸들에 대한 조작 입력값인 조타각 및 조타 토오크를 검출하고, 이들 검출한 조타각 및 조타 토오크를 사용하여 전륜의 전타각을 직접적으로 계산하며, 이 계산한 전타각으로 전륜을 전타하도록 하고 있다. 이들 전륜의 전타 제어는, 종전의 조타 핸들과 전타륜과의 기계적인 연결을 떼어 내고는 있으나, 조타 핸들의 조작에 대한 전륜의 조타방법으로서는, 조타 핸들의 조작위치 또는 조작력에 대응시켜 전륜의 전타각을 결정한다는 기본적인 기술사상에 있어서 상기 기계적 연결의 경우와 완전히 동일하다. 그러나 이들 전타방법에서는 사람의 감각특성에 대응하여 전륜의 전타각이 결정되어 있지 않기 때문에, 차량의 운전조작이 어려웠다.

즉, 상기 종래의 장치에서는 운전자가 지각할 수 없는 전타각이 조타 핸들의 조작에 대응시켜 직접적으로 결정되고, 상기 전타각에 따른 전륜의 전타에 의하여 차량이 선회한다. 그리고 운전자는 이 차량의 선회에 기인한 차량의 횡가속도, 요레이트 및 선회곡률을 촉각 또는 시각에 의하여 느끼고, 조타 핸들의 조작으로 피드백하여 차량을 원하는 형태로 선회시키고 있었다. 환언하면 운전자에 의한 조타 핸들의 조작에 대한 전륜의 전타각은 사람이 지각할 수 없는 물리량이기 때문에 운 전자의 조타조작에 대하여 직접적으로 결정되는 전타각은 운전자의 지각특성에 맞추어 결정된 것이 아니어서 이것이 차량의 운전을 어렵게 하고 있었다.

또, 상기 종래의 장치에서도 검출 차속 및 검출 핸들 조타각을 사용하여 계산한 목표 요레이트와, 검출한 실제 요레이트와의 차에 따라 결정 전타각을 보정하도록하고 있으나, 이것은 차량의 거동상태를 고려한 전타각의 단순한 보정으로서 조타 핸들의 조작에 의하여 운전자가 지각할 요레이트에 따라 전타각을 결정하고 있는 것은 아니다. 따라서 이 경우도 운전자의 조타조작에 대하여 결정되는 전타각은 운전자의 지각특성에 맞추어 결정된 것이 아니라, 차량의 운전을 어렵게 하고 있었다.

본 발명자들은 상기 문제에 대처하기 위하여 운전자에 의한 조타 핸들의 조작에 대하여 사람의 지각특성에 맞추어 차량을 조타할 수 있는 차량의 조타장치의 연구에 몰두하였다. 이와 같은 사람의 지각특성에 관하여 웨버·페흐너(웨버-Fechner)의 법칙에 의하면, 사람의 감각량은 주어진 자극의 물리량의 대수에 비례한다고 하고 있다. 환언하면 사람의 조작량에 대하여 사람에게 주어지는 자극의 물리량을, 조작량이 변위인 경우에는 지수 함수적으로, 조작량이 토오크인 경우에는 누승 함수적으로 변화시키면 조작량과 물리량의 관계를 사람의 지각특성에 맞출 수 있다. 본 발명자들은 이 웨버·페흐너의 법칙을 차량의 조타조작에 적용하여, 다음과 같은 것을 발견하였다.

차량의 운전에서는 조타 핸들의 조작에 의하여 차량은 선회하고, 이 차량의 선회에 의하여 횡가속도, 요레이트, 선회곡률 등의 차량의 운동상태량이 변화되며, 운전자는 이 차량의 운동상태량을 촉각 및 시각에 의하여 느끼는 것이다. 따라서 상기 조타 핸들에 대한 운전자의 조작에 대하여, 운전자가 지각할 수 있는 차량의 운동상태량을 지수 함수적 또는 누승 함수적으로 변화시키도록 하면, 운전자는 지각특성에 맞추어 조타 핸들을 조작하여 차량을 운전할 수 있게 된다.

본 발명은 상기 발견에 의거하는 것으로, 그 목적은 운전자에 의한 조타 핸들의 조작에 대하여 사람의 지각특성에 맞추어 차량을 조타시킴으로써, 차량의 운전을 하기 쉽게 한 차량의 조타장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 특징은 차량을 조타하기 위하여 운전자에 의하여 조작되는 조타 핸들과, 전타륜을 전타하기 위한 전타 액츄에이터와, 조타 핸들의 조작에 따라 전타 액츄에이터를 구동 제어하여 전타륜을 전타하는 전타 제어장치를 구비한 스티어링 바이 와이어방식의 차량의 조타장치에 있어서, 전타 제어장치를 조타 핸들에 대한 운전자의 조작 입력값을 검출하는 조작 입력값 검출수단과, 차량의 선회에 관계하여 운전자가 지각할 수 있는 차량의 운동상태를 나타내고 있어 조타 핸들에 대한 조작 입력값과 미리 정한 지수관계 또는 누승관계에 있는 차량의 예상 운동상태량을, 상기 검출된 조작 입력값을 사용하여 계산하는 운동상태량 계산수단과, 상기 계산된 예상 운동상태량으로 차량이 운동하기 위하여 필요한 전타륜의 전타각을, 상기 계산된 예상 운동상태량을 사용하여 계산하는 전타각 계산수단과, 상기 계산된 전타각에 따라 전타 액츄에이터를 제어하여 전타륜을 상기 계산된 전타각으로 전타하는 전타 제어수단으로 구성한 것에 있다.

이 경우, 예상 운동상태량은 예를 들면 차량의 횡가속도, 요레이트 및 선회곡률 중 어느 하나이다. 또 이 차량의 조타장치에서 조타 핸들의 조작에 대하여 반력을 부여하는 반력장치를 더 설치하여 두면 좋다.

또, 조작 입력값 검출수단을, 예를 들면 조타 핸들의 변위량을 검출하는 변위량 센서로 구성할 수 있고, 이 경우 운동상태량 계산수단을, 상기 검출된 변위량을 조타 핸들에 부여되는 조작력으로 변환하는 조작력 변환수단과, 상기 변환된 조작력을 예상하여 운동상태량으로 변환하는 운동상태량 변환수단으로 구성하면 좋다. 그리고 조작력 변환수단은 변위량을 상기 변위량과 지수관계에 있는 조작력으로 변환하고, 운동상태량 변환수단은 조작력을 상기 조작력과 지수관계에 있는 예상 운동상태량으로 변환하면 좋다.

또, 조작 입력값 검출수단을 예를 들면 조타 핸들에 부여되는 조작력을 검출하는 조작력 센서로 구성할 수도 있고, 이 경우에는 운동상태량 계산수단을 상기 검출된 조작력을 예상하여 운동상태량으로 변환하는 운동상태량 변환수단으로 구성하면좋다. 그리고 운동상태량 변환수단은 조작력을 상기 조작력과 누승관계에 있는 예상 운동상태량으로 변환하면 좋다.

상기한 바와 같이 구성한 본 발명에서는 먼저 조타 핸들에 대한 운전자의 조작 입력값이, 차량의 선회에 관계하여 운전자가 지각할 수 있는 차량의 운동상태를 나타내고 있어 조타 핸들에 대한 조작 입력값과 미리 정한 지수관계 또는 누승관계에 있는 차량의 예상 운동상태량(횡가속도, 요레이트, 선회곡률 등)으로 변환된다. 그리고 이 변환된 예상 운동상태량에 의거하여 상기 예상 운동상태량으로 차량이 운동하기 위하여 필요한 전타륜의 전타각이 계산되고, 이 계산된 전타각으로 전타륜이 전타된다. 따라서 전타륜의 전타에 의하여 차량이 선회하면, 이 선회에 의하여 운전자에게는 상기 웨버·페흐너의 법칙에 의한 「주어진 자극의 물리량」으로서 상기 예상 운동상태량이 주어진다. 그리고 이 예상 운동상태량은 조타 핸들에 대한 조작 입력값에 대하여 지수 함수적 또는 누승 함수적으로 변화되는 것이기 때문에, 운전자는 사람의 지각특성에 맞는 운동상태량을 지각하면서, 조타 핸들을 조작할 수 있다. 또한 횡가속도 및 요레이트에 대해서는 운전자가 차량 내의 각 부위와의 접촉에 의하여 촉각적으로 느낄 수 있다. 또 선회곡률에 대해서는 운전자가 차량의 시야 내의 상황의 변화에 의하여 시각적으로 느낄 수 있다. 그 결과, 본 발명에 의하면 운전자는 사람의 지각특성에 맞추어 조타 핸들을 조작할 수 있기 때문에, 차량의 운전이 간단해진다.

또, 본 발명의 다른 특징은, 상기 구성에 또한 예상 운동상태량과 동일종류로서 차량의 실제의 운동상태를 나타내는 실제 운동상태량을 검출하는 운동상태량 검출수단과, 상기 계산된 예상 운동상태량과 상기 검출된 실제 운동상태량과의 차에 따라상기 계산된 전타각을 보정하는 보정수단을 설치한 것에 있다. 이것에 의하면 전타륜은 상기 계산된 예상 운동상태량으로 차량이 운동하기 위하여 필요한 전타각으로 더욱 정확하게 전타되게 된다. 그 결과, 운전자는 사람의 지각특성에 정확하게 맞은 운동상태량을 지각하면서 조타 핸들을 조작할 수 있게 되기 때문에, 차량의 운전이 더욱 간단해진다.

도 1은 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시형태에 공통의 차량의 조타장치의 개략도,

도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 것으로, 도 1의 전자제어유닛으로 실행되는 컴퓨터 프로그램 처리를 기능적으로 나타내는 기능 블럭도,

도 3은 조타각과 조타 토오크의 관계를 나타내는 그래프,

도 4는 조타 토오크와 예상 횡가속도의 관계를 나타내는 그래프,

도 5는 예상 횡가속도와 목표 전타각의 관계를 나타내는 그래프,

도 6은 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 것으로, 도 1의 전자제어유닛으로 실행되는 컴퓨터 프로그램 처리를 기능적으로 나타내는 기능 블럭도,

도 7은 조타 토오크와 예상 요레이트의 관계를 나타내는 그래프,

도 8은 예상 요레이트와 목표 전타각의 관계를 나타내는 그래프,

도 9는 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 것으로, 도 1의 전자제어유닛으로 실행되는 컴퓨터 프로그램 처리를 기능적으로 나타내는 기능 블럭도,

도 10은 조타 토오크와 예상 선회곡률의 관계를 나타내는 그래프,

도 11은 예상 선회곡률과 목표 전타각의 관계를 나타내는 그래프이다.

a. 제 1 실시형태

이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 차량의 조타장치에 대하여 도면을 사용하여 설명한다. 도 1은 제 1 실시형태에 관한 차량의 조타장치를 개략적으로 나타내고 있다.

이 조타장치는 전타륜으로서의 좌우 전륜(FW1, FW2)을 전타하기 위하여 운전자에 의하여 회동 조작되는 조작부로서의 조타 핸들(11)을 구비하고 있다. 조타 핸들(11)은 조타 입력축(12)의 상단에 고정되고, 조타 입력축(12)의 하단은 전동모터 및 감속기구로 이루어지는 반력 액츄에이터(13)에 접속되어 있다. 반력 액츄에이터(13)는 운전자의 조타 핸들(11)의 회동조작에 대하여 반력을 부여한다.

또, 이 조타장치는 전동모터 및 감속기구로 이루어지는 전타 액츄에이터(21)를 구비하고 있다. 이 전타 액츄에이터(21)에 의한 전타력은 전타 출력축(22), 피니언 기어(23) 및 랙바(24)를 거쳐 좌우 전륜(FW1, FW2)에 전달된다. 이 구성에 의하여 전타 액츄에이터(21)로부터의 회전력은 전타 출력축(22)을 거쳐 피니언 기어(23)에 전달되고, 피니언 기어(23)의 회전에 의하여 랙바(24)가 축선방향으로 변위하고, 이 랙바(24)의 축선방향의 변위에 의하여 좌우 전륜(FW1, FW2)은 좌우로 전타된다.

다음에 이들 반력 액츄에이터(13) 및 전타 액츄에이터(21)의 회전을 제어하는 전기제어장치에 대하여 설명한다. 전기제어장치는 조타각 센서(31), 전타각 센서(32), 차속센서(33) 및 횡가속도 센서(34)를 구비하고 있다.

조타각 센서(31)는 조타 입력축(12)에 조립되어 조타 핸들(11)의 중립위치로부터의 회전각을 검출하여 조타각(θ)으로서 출력한다. 전타각 센서(32)는 전타 출력축(22)에 조립되어 전타 출력축(22)의 중립위치로부터의 회전각을 검출하여 실제 전타각(δ)[좌우 전륜(FW1, FW2)의 전타각에 대응]으로서 출력한다. 또한 조타각(θ) 및 실제 전타각(δ)은 중립위치를 「0」이라 하고, 좌방향의 회전각을 양의 값으로 나타냄과 동시에, 우방향의 회전각을 음의 값으로 각각 나타낸다. 차속센서(33)는 차속(V)을 검출하여 출력한다. 횡가속도 센서(34)는, 차량의 실제 횡가속도(G)를 검출하여 출력한다. 또한 실제 횡가속도(G)도 좌방향의 가속도를 양으로 나타내고, 우방향의 가속도를 음으로 나타낸다.

이들 센서(31∼34)는 전자제어유닛(35)에 접속되어 있다. 전자제어유닛(35)은 CPU, ROM, RAM 등으로 이루어지는 마이크로 컴퓨터를 주요 구성부품으로 하는 것으로, 프로그램의 실행에 의하여 반력 액츄에이터(13) 및 전타 액츄에이터(21)의 작동을 각각 제어한다. 전자제어유닛(35)의 출력측에는 반력 액츄에이터(13) 및 전타 액츄에이터(21)를 구동하기 위한 구동회로(36, 37)가 각각 접속되어 있다. 구동회로(36, 37) 내에는 반력 액츄에이터(13) 및 전타 액츄에이터(21) 내의 전동모터에 흐르는 구동전류를 검출하기 위한 전류 검출기(36a, 37a)가 설치되어 있다. 전류 검출기(36a, 37a)에 의하여 검출된 구동전류는, 양 전동모터의 구동을 제어하기 위하여 전자제어유닛(35)으로 피드백되어 되어 있다.

다음에 상기한 바와 같이 구성한 제 1 실시형태의 동작에 대하여 전자제어유닛(35) 내에서 컴퓨터 프로그램 처리에 의하여 실현되는 기능을 나타내는 도 2의 기능 블럭도를 사용하여 설명한다. 전자제어유닛(35)은 조타 핸들(11)에의 반력 부여를 제어하기 위한 반력 제어부(40)와, 조타 핸들(11)의 회동조작에 의거하여 운전자의 감각특성에 대응한 좌우 전륜(FW1, FW2)의 목표 전타각(δd)을 결정하기 위한 감각 적합 제어부(50)와, 목표 전타각(δd)에 의거하여 좌우 전륜(FW1, FW2)을 전타 제어하기 위한 전타 제어부(60)로 이루어진다.

운전자에 의하여 조타 핸들(11)이 회동 조작되면, 조타각 센서(31)에 의하여 조타 핸들(11)의 회전각인 조타각(θ)이 검출되고, 상기 검출된 조타각(θ)을 반력 제어부(40) 및 감각 적합 제어부(50)에 각각 출력한다. 반력 제어부(40)에서는 변위- 토오크 변환부(41)가, 하기 수학식 (1)을 이용하여 조타각(θ)의 지수함수인 반력 토오크(Tz)를 계산한다.

Tz = To · exp(K1·θ)

단, 상기 수학식 (1)에서 To, K1은 정수이고, 이들 값에 관해서는 뒤에서 설명하는 감각 적합 제어부(50)의 설명시에 상세하게 설명한다. 또 상기수학식 (1)에서 조타각(θ)은 상기 검출 조타각(θ)의 절대값을 나타내고 있는 것으로 하고, 검출 조타각(θ)이 양(+)이면 정수(To)를 음(-)의 값으로 함과 동시에, 검출 조타각(θ)이 음이면 정수(To)를 상기 음의 정수(To)와 동일한 절대값을 가지는 양의 값으로 한다. 또한 상기 수학식 (1)의 연산 대신에, 조타각(θ)에 대한 반력 토오크(Tz)를 기억한 도 3에 나타내는 바와 같은 특성의 변환 테이블을 사용하여 반력 토오크(Tz)를 계산하도록 하여도 좋다.

이 계산된 반력 토오크(Tz)는, 구동제어부(42)에 공급된다. 구동제어부(42)는 구동회로(36)로부터 반력 액츄에이터(13) 내의 전동모터에 흐르는 구동전류를 입력하고, 상기 전동모터에 반력 토오크(Tz)에 대응한 구동전류가 흐르도록 구동회로(36)를 피드백 제어한다. 이 반력 액츄에이터(13) 내의 전동모터의 구동제어에 의하여 상기 전동모터는 조타 입력축(12)을 거쳐 조타 핸들(11)에 반력 토오크(Tz) 를 부여한다. 따라서 운전자는 이 조타각(θ)에 대하여 지수 함수적으로 변화되는 반력 토오크(Tz)를 느끼면서, 바꿔 말하면 이 반력 토오크(Tz)와 같은 조타 토오크를 조타 핸들(11)에 가하면서, 조타 핸들(11)을 회동 조작하게 된다. 이 조타각(θ)과 반력 토오크(Tz)의 관계도 상기한 웨버·페흐너의 법칙에 따르는 것으로, 운전자는 조타 핸들(11)로부터 사람의 지각특성에 맞는 감각을 받으면서 조타 핸들(11)을 회동 조작할 수 있다.

한편, 감각 적합 제어부(50)에 입력된 조타각(θ)은, 변위 - 토오크 변환부(5)에서 상기 수학식 (1)과 동일한 하기 수학식 (2)에 따라 조타 토오크(Td)를 계산한다.

Td = To·exp(K1·θ)

이 경우도 상기 수학식 (2)에서의 To, K1은 상기 수학식 (1)과 동일한 정수이다. 단, 상기 수학식 (2)에서의 조타각(θ)은 상기 검출 조타각(θ)의 절대값을 나타내고 있는 것이나, 검출 조타각(θ)이 양이면 정수(To)를 양의 값으로 함과 동시에, 검출 조타각(θ)이 음이면 정수(To)를 상기 양의 정수(To)와 동일한 절대값을 가지는 음의 값으로 한다. 또한 이 경우도 상기 수학식 (2)의 연산 대신에 조타각(θ) 에 대한 조타 토오크(Td)를 기억한 도 3에 나타내는 바와 같은 특성의 변환 테이블을 사용하여 조타 토오크(Td)를 계산하도록 하여도 좋다.

이 계산된 조타 토오크(Td)는, 토오크 - 횡가속도 변환부(52)에 공급된다. 토오크 - 횡가속도 변환부(52)는 운전자가 조타 핸들(11)의 회동조작에 의하여 예 상하고 있는 예상 횡가속도(Gd)를, 조타 토오크(Td)의 절대값이 양의 작은 소정값(To) 미만이면 하기 수학식 (3)과 같이 「0」이라 하고, 조타 토오크(Td)의 절대값이 양의 작은 소정값(To) 이상이면 하기 수학식 (4)에 따라 계산한다.

Gd = 0 (｜Td｜< To)

Gd = C·Td^K2 (To ≤ ｜Td｜)

단, 수학식 (4)에서의 C, K2는 정수이다. 또 상기 수학식 (4)에서의 조타 토오크(Td)는 상기 수학식 (2)를 이용하여 계산한 조타 토오크(Td)의 절대값을 나타내고 있는 것이고, 상기 계산한 조타 토오크(Td)가 양이면 정수(C)를 양의 값으로 함과 동시에, 상기 계산한 조타 토오크(Td)가 음이면 정수(C)를 상기 양의 정수(C)와 동일한 절대값을 가지는 음의 값으로 한다. 또한 이 경우도, 상기 수학식 (3), (4)의 연산 대신에 조타 토오크(Td)에 대한 예상 횡가속도(Gd)를 기억한 도 4에 나타내는 바와 같은 특성의 변환 테이블을 사용하여 예상 횡가속도(Gd)를 계산하도록 하여도 좋다.

여기서 상기 수학식 (4)에 대하여 설명하여 둔다. 상기 수학식 (2)를 사용하여 조타 토오크(Td)를 소거하면, 하기 수학식 (5)에 나타내는 바와 같이 된다.

Gd = C·(To·exp(K1·θ))^K2= C·To^K2·exp(K1·K2·θ) = Go·exp(K1·K2·θ)

상기 수학식 (5)에서 Go는 정수 C·To^K2이고, 수학식 (5)는 운전자에 의한 조타 핸들(11)의 조타각(θ)에 대하여 예상 횡가속도(Gd)가 지수 함수적으로 변화하고 있는 것을 나타낸다. 그리고 이 예상 횡가속도(Gd)는 차 내의 소정부위에의 운전자의 몸의 일부의 접촉에 의하여 운전자가 지각할 수 있는 물리량이며, 상기한 웨버·페흐너의 법칙에 따른 것이다. 따라서 운전자가 이 예상 횡가속도(Gd)와 같은 횡가속도를 지각하면서 조타 핸들(11)를 회동 조작할 수 있으면, 조타 핸들(11)의 회동조작과 차량의 조타와의 관계를 사람의 지각특성에 대응시킬 수 있다.

이와 같이 상기 수학식 (4)(즉 수학식 5)에 나타낸 예상 횡가속도(Gd)는 조타 핸들(11)의 조작량인 조타각(θ)에 대하여 지수 함수적으로 변화되는 것이기 때문에, 사람의 지각특성에 맞는 것이다. 또한 운전자에 의한 조타 핸들(11)의 회동조작에 서 가장 간단한 방법은 조타 핸들(11)을 일정 속도[ω(θ=ω」)]로 회동하는 것으로, 이 회동조작에 의하면 예상 횡가속도(Gd)는 하기 수학식 (6)에 나타내는 바와 같이 시간(t)에 대하여 지수 함수적으로 변화된다. 따라서 앞으로도 상기 예상 횡가속도(Gd)와 같은 횡가속도를 지각하면서 조타 핸들(11)을 회동 조작할 수 있으면, 운전자의 조타 핸들(11)의 회동조작이 간단해지는 것을 알 수 있다.

Gd = Go·exp(K0·ω·t)

단, K0은 K0 = K1·K2의 관계에 있는 정수이다.

또, 상기 수학식 (3)에 나타내는 바와 같이 조타 토오크(Td)가 소정값(To) 미만인 경우, 예상 횡가속도(Gd)는 「0」으로 유지되어 있다. 이것은 조타각(θ)이 「0」일 때, 즉 조타 핸들(11)이 중립위치에 유지되는 경우에도 상기 수학식 (2)의 연산에 의하여 조타 토오크(Td)는 양의 소정값(To)이 되고, 이 조타 토오크(Td)(= To)를 상기 수학식 (4)의 연산에 적용하면, 예상 횡가속도(Gd)는 양의 값 C·To^K2이 되어 이것은 현실적이지 않다. 그러나 상기한 바와 같이 조타 토오크(Td)가 소정값(To) 미만이면 예상 횡가속도(Gd)는 「0」이기 때문에, 이 문제는 해결된다. 또 이 경우, 운전자가 지각할 수 있는 최소 조타 토오크를 상기 소정값(To)으로 하고, 운전자가 지각할 수 있는 최소 감지 횡가속도를 Go라 하고, 또한 소정값(To)이 Go = C·To^K2의 관계가 되도록 하면, 조타 토오크(Td)가 소정값(To)이 될 때까지, 즉 운전자가 조타 핸들(11)의 조작에 의하여 차량이 선회하여 운전자가 차량에 발생하는 횡가속도를 느낄 때까지, 차량의 예상 횡가속도(Gd)가 「0」으로 유지된다. 이것에 의하면 최소 조타 토오크(To) 이상으로 조타 핸들(11)을 조타하였을 때에만 예상 횡가속도(Gd)를 발생시키기 위하여 필요한 전타각만큼 좌우 전륜(FW1, FW2)은 전타 제어되고, 이 전타 제어가 차량의 조타에 적확하게 대응한 것이 된다.

다음에 상기 수학식 (1) 내지 수학식 (6)에서 이용한 파라미터(K1, K2, C)[소정값(K1, K2, C)]의 결정법에 대하여 설명하여 둔다. 또한 이 파라미터(K1, K2, C)의 결정법에 대한 설명에서는 상기 수학식 (2) 내지 수학식 (6)의 조타 토오 크(Td) 및 예상 횡가속도(Gd)에 대해서는 조타 토오크(T) 및 횡가속도(G)로서 처리한다. 상기한 웨버·페흐너의 법칙에 의하면, 「사람이 지각할 수 있는 최소의 물리량 변화(ΔS)와 그 시점에서의 물리량(S)과의 비(ΔS/S)는, 물리량(S)의 값에 의하지 않고 일정하게 되고, 그 비(AS/S)를 웨버비라 한다」는 것으로 되어 있다. 본 발명자들은, 조타 토오크 및 횡가속도에 관하여, 상기 웨버·페흐너의 법칙이 성립하는 것을 확인함과 동시에, 웨버비를 결정하기 위하여 다음과 같은 실험을 남녀, 연령, 차량의 운전력 등이 다른 여러 사람에 대하여 행하였다.

조타 토오크에 관해서는 차량의 조타 핸들에 토오크센서를 조립하여 조타 핸들에 검사용 토오크를 외부로부터 부여함과 동시에 상기 검사용 토오크를 여러가지 형태로 변화시키면서 이 검사용 토오크에 저항하여 사람이 조타 핸들에 조작력을 가하여 상기 조타 핸들을 회전시키지 않도록 조정하는 사람의 조타 토오크 조정 능력을 계측하였다. 즉, 상기 상황하에서 어느 시점에서의 검출 조타 토오크를 T라 하고, 상기 검출 조타 토오크(T)로부터의 변화를 지각할 수 있는 최소의 조타 토오크 변화량을 ΔT 라 하였을 때의 비의 값(ΔT/T), 즉 웨버비를 여러 사람에 대하여 계측하였다. 이 실험의 결과에 의하면, 조타 핸들의 조작방향, 조타 핸들을 잡는 손의 상태, 검사용 토오크의 크기 및 방향에 의하지 않고, 여러 사람에 대하여 웨버비(ΔT/T)는 대략 일정한 0.03정도의 값이었다.

횡가속도에 관해서는 운전석의 옆쪽에 벽부재를 설치하여 상기 벽부재에 사람의 어깨의 가압력을 검출하는 힘센서를 설치하고, 사람에게 조타 핸들을 잡게 함과 동시에 벽부재의 힘센서에 어깨를 접촉시켜 벽부재에 검사용 힘을 사람에 대하 여 가로방향으로 외부로부터 부여함과 동시에 상기 검사용 힘을 여러가지 형태로 변화시키면서 이 검사용 힘에 저항하여 사람이 벽부재를 가압하여 벽부재가 이동하지 않도록 조정하는, 즉 자세를 유지하는 사람의 횡력 조정 능력을 계측하였다. 즉, 상기 상황하에서 어느 시점에서의 외부로부터의 횡력에 견디어 자세를 유지하는 검출력을 F라 하고, 상기 검출력(F)으로부터의 변화를 지각할 수 있는 최소의 힘 변화량을 ΔF라 하였을 때의 비의 값(ΔF/F), 즉 웨버비를 여러 사람에 대하여 계측하였다. 이 실험의 결과에 의하면, 벽부재에 부여되는 기준력의 크기 및 방향에 의하지 않고, 여러 사람에 대하여 웨버비(ΔF/F)는 대략 일정한 0.09 정도의 값이었다.

한편, 상기 수학식 (2)를 미분함과 동시에, 상기 미분한 식에서 수학식 (2)를 고려하면, 하기 수학식 (7)가 성립한다.

ΔT = To·exp(K1·θ)·K1·Δθ = T·K1·Δθ

이 수학식 (7)을 변형함과 동시에, 상기 실험에 의하여 구한 조타 토오크에 관한 웨버비(ΔT/T)를 Kt라 하면, 하기 수학식 (8)이 성립한다.

K1 = ΔT/(T·Δ) = Kt/Δθ

또, 최대 조타 토오크를 Tmax라 하면, 상기 수학식 (2)로부터 하기 수학식 (9)가 성립한다.

Tmax = To·exp(K1·θmax)

이 수학식 (9)를 변형하면, 하기 수학식 (10)이 성립한다.

K1 = log(Tmax/To)/θmax

그리고 상기 수학식 (8) 및 수학식 (10)으로부터 하기 수학식 (11)을 이끌어 낼 수 있다.

Δθ = Kt/K1 = Kt·θmax/log(Tmax/To)

이 수학식 (11)에서 Kt는 조타 토오크(T)의 웨버비이고, θmax는 조타각의 최대값이며, Tmax는 조타 토오크의 최대값이고, To는 상기한 바와 같이 사람이 지각할 수 있는 최소 조타 토오크에 대응하는 것으로, 이들 값(Kt, θmax, Tmax, To)은 모두 실험 및 시스템에 의하여 결정되는 정수이기 때문에, 상기 미분값(Δθ)을 상기 수학식 (11)을 사용하여 계산할 수 있다. 그리고 이 미분값(Δ)과 웨버비(Kt)를 이용하여 상기 수학식 (8)에 의거하여 소정값(계수)(K1)도 계산할 수 있다.

또, 상기 수학식 (4)를 미분함과 동시에, 상기 미분한 식에서 수학식 (4)를 고려하면, 하기 수학식 (12)가 성립한다.

ΔG = C·K2·T^K2-1·ΔT = G·K2·ΔT/T

이 수학식 (12)를 변형하고, 또한 상기 실험에 의하여 구한 조타 토오크에 관한 웨버비(ΔT/T)를 Kt라 함과 동시에 횡가속도에 관한 웨버비(ΔF/F)를 Ka 라 하면 하기 수학식 (13), 수학식 (14)가 성립한다.

ΔG/G = K2·ΔT/T

K2 = Ka/Kt

이 수학식 (14)에서, Kt는 조타 토오크에 관한 웨버비임과 동시에, Ka는 횡가속도에 관한 웨버비로서, 모두 정수로서 주어지는 것이기 때문에, 이들 웨버비(Kt, Ka)를 이용하여 상기 수학식 (14)에 의거하여 계수(K2)도 계산할 수 있다.

또, 횡가속도의 최대값을 Gmax라 하고, 조타 토오크의 최대값을 Tmax라 하면, 상기 수학식 (4)로부터 하기 수학식 (15)를 이끌어 낼 수 있다.

C = Gmax/Tmax^K2

그리고 이 수학식 (15)에서는 Gmax 및 Tmax는 실험 및 시스템에 의하여 결정되는 정수이고, 또한 K2는 상기 수학식 (14)에 의하여 계산되는 것이기 때문에, 정수(계수)(C)도 계산할 수 있다.

이상과 같이 조타각(θ)의 최대값(θmax), 조타 토오크(T)의 최대값(Tmax), 횡가속도(G)의 최대값(Gmax), 최소 조타 토오크(To), 최소 감지 횡가속도(Go), 조 타 토오크(T)에 관한 웨버비(Kt) 및 횡가속도에 관한 웨버비(Ka)를, 실험 및 시스템에 의하여 결정하면, 상기 수학식 (1) 내지 수학식 (5)에서의 계수(K1, K2, C)를 미리 계산에 의하여 결정하여 둘 수 있다. 여기서 실험에 의한 적합한 수치예를 나타내 두면 휠베이스(L)가 2.67 m의 차량에 있어서, θmax =π/2, Tmax = 3.5 Nm, Gmax = 9.8 m/s/s, To = 0.76 Nm, Go = 0.1 m/s/s, Kt = O.03, Ka = 0.09이고, 이 경우에는 K1 = 0.17, K2 = 3.0, C = 0.23 이다. 또한 이 경우, Δθ = 0.18 이다. 따라서 변위 - 토오크 변환부(41, 51) 및 토오크 - 횡가속도 변환부(52)에서는 상기 수학식 (1) 내지 수학식 (5)를 사용하여 운전자의 지각특성에 맞는 반력 토오크(Tz), 조타 토오크(Td) 및 예상 횡가속도(Gd)를 계산할 수 있다.

다시, 도 2의 설명으로 되돌아가면 토오크 - 횡가속도 변환부(52)에서 계산된 예상 횡가속도(Gd)는, 전타각 변환부(53)에 공급된다. 전타각 변환부(53)는 예상 횡가속도(Gd)를 발생하는 데 필요한 좌우 전륜(FW1, FW2)의 목표 전타각(δd)을 계산하는 것으로, 도 5에 나타내는 바와 같이 차속(V)에 따라 변화되어 예상 횡가속도(Gd) 에 대한 목표 전타각(δd)의 변화특성을 나타내는 테이블을 가진다. 이 테이블은, 차속(V)을 변화시키면서 차량을 주행시켜, 좌우 전륜(FW1, FW2)의 전타각(δ)과 횡가속도(G)를 미리 실측하여 수집한 데이터의 집합이다. 그리고 전타각 변환부(53)는 이 테이블을 참조하여 상기 입력한 예상 횡가속도(Gd)와 차속센서(33)로부터 입력한 검출차속(V)에 대응한 목표 전타각(δd)을 계산한다. 또 상기 테이블에 기억되어 있는 횡가속도(G)[예상 횡가속도(Gd)]와 목표 전타각(δd)은 모두 양이나, 전타각 변환부(53)로부터 공급되는 예상 횡가속도(Gd)가 음이면 출력 되는 목표 전타각(δd)도 음이 된다.

또한 목표 전타각(δd)은 하기 수학식 (16)에 나타내는 바와 같이 차속(V)과 횡가속도(G)의 함수이기 때문에, 상기 테이블을 참조하는 것 대신에, 하기 수학식 (16)의 연산의 실행에 의해서도 계산할 수 있다.

δd = L·(1 + A·V²)·Gd/V²

단, 상기 수학식 (16)에서의 L은 휠베이스를 나타내는 미리 정해진 소정값(예를 들면, 2.67 m)이고, A는 미리 정해진 소정값(예를 들면, 0.00187)이다.

이 계산된 목표 전타각(δd)은, 전타 제어부(60)의 전타각 보정부(61)에 공급된다. 전타각 보정부(61)는 토오크 - 횡가속도 변환부(52)로부터 예상 횡가속도(Gd)를 입력함과 동시에, 횡가속도 센서(34)에 의하여 검출된 실제 횡가속도(G)도 입력하고 있고, 하기 수학식 (17)의 연산을 실행하여 입력한 목표 전타각(δd)을 보정하여 보정 목표 전타각(δda)을 계산한다.

δda = δd + K3·(Gd - G)

단, 계수(K3)는 미리 정해진 양의 정수이고, 실제 횡가속도(G)가 예상 횡가속도(Gd)에 미치지 않는 경우에는, 보정 목표 전타각(δda)의 절대값이 커지는 측으로 보정된다. 또 실제 횡가속도(G)가 예상 횡가속도(Gd)를 넘는 경우에는, 보정 목표 전타각(δda)의 절대값이 작아지는 측으로 보정된다. 이 보정에 의하여 예상 횡가속도(Gd)에 필요한 좌우 전륜(FW1, FW2)의 전타각이 더욱 정밀도 좋게 확보된다.

이 계산된 보정 목표 전타각(δda)은, 구동 제어부(62)에 공급된다. 구동 제어부(62)는 전타각 센서(32)에 의하여 검출된 실제 전타각(δ)을 입력하여, 좌우 전륜(FW1, FW2)이 보정 목표 전타각(δda)으로 전타되도록 전타 액츄에이터(21) 내의 전동모터의 회전을 피드백 제어한다. 또 구동 제어부(62)는 구동회로(37)로부터 상기 전동모터에 흐르는 구동전류도 입력하여, 전타 토오크에 대응한 크기의 구동전류가 상기 전동모터에 적절하게 흐르도록 구동회로(37)를 피드백 제어한다. 이 전타 액츄에이터(21) 내의 전동모터의 구동제어에 의하여 상기 전동모터의 회전은, 전타 출력축(22)을 거쳐 피니언 기어(23)에 전달되고, 피니언 기어(23)에 의하여 랙바(24)를 축선방향으로 변위시킨다. 그리고 이 랙바(24)의 축선방향의 변위에 의하여 좌우전륜(FW1, FW2)은 보정 목표 전타각(δda)으로 전타된다.

상기 작동설명으로부터도 이해할 수 있는 바와 같이 상기 제 l 실시형태에 의하면, 조타 핸들(11)에 대한 운전자의 조작 입력값으로서의 조타각(θ)은 변위 - 토오크 변환부(51)에 의하여 조타 토오크(Td)로 변환됨과 동시에, 상기 변환된 조타 토오크(Td)는 토오크 - 횡가속도 변환부(52)에 의하여 예상 횡가속도(Gd)로 변환되고, 전타각 변환부(53), 전타각 보정부(61) 및 구동 제어부(62)에 의하여 좌우 전륜(FW1, FW2)은 예상 횡가속도(Gd)의 발생에 필요한 보정 목표 전타각(δda)으로 전타된다. 이 경우, 조타 토오크(Td)는 반력 액츄에이터(13)의 작용에 의하여 운전자가 조타 핸들(11)로부터 지각할 수 있는 물리량임과 동시에, 조타각(θ)에 대하 여 지수 함수적으로 변화되는 것이기 때문에, 운전자는 웨버·페흐너의 법칙에 따른 반력을 느끼면서 사람의 지각 특성에 따라 조타 핸들(11)을 회동 조작할 수 있다. 또 좌우 전륜(FW1, FW2)의 전타에 의하여 차량에 발생하는 실제 횡가속도(G)도 지각할 수 있는 물리량임과 동시에, 이 실제 횡가속도(G)는 예상 횡가속도(Gd)와 같아지도록 제어되고, 또한 이 예상 횡가속도(Gd)도 조타각(θ)에 대하여 지수 함수적으로 변화된다. 따라서 운전자는 웨버·페흐너의 법칙에 따른 횡가속도를 느끼면서 사람의 지각특성에 따라 조타 핸들(11)을 회동 조작하여 차량을 선회시킬 수 있다. 그 결과, 운전자는 사람의 지각특성에 맞추어 조타 핸들(11)을 조작할 수 있기 때문에, 차량의 운전이 간단해진다.

또 전타각 보정부(61)는 차량에 실제로 발생하고 있는 실제 횡가속도(G)가 조타 핸들(11)의 조타각(θ)에 정확하게 대응하도록 목표 전타각(δd)을 보정하기 때문에 차량에는 조타 핸들(11)의 조타각(θ)에 정확하게 대응한 실제 횡가속도(G)가 발생한다. 그 결과, 운전자는 사람의 지각특성에 더욱 정확하게 맞는 횡가속도를 지각하면서, 조타 핸들(11)을 조작할 수 있게 되기 때문에, 차량의 운전이 더욱 간단해진다.

더욱 구체적으로 상기 실시형태의 작용효과를 설명하면 상기 실시형태에 의한 차량의 조타장치에 의하면 차량 특성에 의존하지 않는 운전자의 감각에 따른 조타특성이 얻어져, 운전자에게는 통상 말해지는 오버스티어 및 언더스티어의 감각이 없어져, 그 차량의 한계 선회 특성까지 뉴트럴스티어로 자유롭게 조타할 수 있다.

또, 차량이 선회하거나 각을 구부리거나 하는 경우, 조타 핸들(11)에 대한 조타량에 대하여 발생할 횡가속도를 정확하게 예측할 수 있기 때문에, 주행환경에 맞추어서 정확하게 차량을 조타할 수 있다. 또한 선회를 끝내고 직선으로 되돌아갈 때, 원활하게 횡가속도를 느낄 수 있어 매끄럽게 차량을 직진상태로 되돌릴 수 있다. 따라서 간단하고 또한 운전자의 의도대로에 차량을 조타할 수 있고, 동승자도 포함하여 차량의 선회 개시부터 선회 종료까지 신체가 흔들려 불쾌감을 느끼는 일이 없어진다.

또, 차량의 조타 특성을 사람의 감각에 맞추어 함수에 의하여 설정하고 있어, 상기 조타특성을 결정하는 함수를 바꾸지 않는 한, 기구측의 차량 조타에 주는 파라미터가 약간 변화된 정도에서는 운전조작에 영향이 나타나지 않기 때문에, 타이어 교환, 타이머 마모, 적재상태 등의 차량 특성의 변화에 대하여 로바스트성이 높게 유지된다. 또 조타 핸들(11)을 회동 조작하기 위하여 필요한 조타력이 달라도 회동조작에 대한 조타 핸들(11)의 회전 응답성이 달라도, 사람의 감각에 맞추어 차량이 조타되기 때문에, 특성이 다른 조타 핸들(11)을 구비한 차량으로 갈아 타더라도 위화감없이 차량을 운전할 수 있음과 동시에, 차량의 운전에 즉시 적용할 수 있게 된다.

또한 상기 실시형태에서는 조타 토오크(Td)를 고려하고 있으나, 운전자가 조타 핸들(11)을 조타각(θ)만큼 회동 조작하면, 상기 조타각(θ)을 사용하여 목표 전타각(δd)이 결정되어 상기 목표 전타각(δd)으로 좌우 전륜(FW1, FW2)이 전타된다. 따라서 조타 핸들(11)에 주는 반력 토오크(Tz)를 정확하게 제어하지 않아도 차량의 조타특성에 주는 영향은 작아, 조타 핸들(11)에 반력을 주는 기구를 간단하게 구성할 수 있다.

다음에 조타 핸들(11)의 조작 입력값으로서 조타 토오크(T)를 이용하도록 한 상기 제 1 실시형태의 변형예에 대하여 설명한다. 이 변형예에서는 도 1에 파선으로 나타내는 바와 같이 조타 입력축(12)에 조립되어 조타 핸들(11)에 부여된 조타 토오크(T)를 검출하는 조타 토오크센서(38)를 구비하고 있다. 다른 구성에 대해서는 상기 제 1 실시형태와 동일하나, 전자제어유닛(35)으로 실행되는 컴퓨터 프로그램은 상기 제 1 실시형태의 경우와는 약간 다르다.

이 변형예의 경우에는 상기 컴퓨터 프로그램을 나타내는 도 2의 기능 블럭도에서 변위 - 토오크 변환부(51)는 설치되어 있지 않고, 토오크 - 횡가속도 변환부(52)가 상기 제 1 실시형태에서의 변위 - 토오크 변환부(51)에서 계산되는 조타 토오크(Td) 대신에 조타 토오크센서(38)에 의하여 검출된 조타 토오크(T)를 사용한 수학식 (3), 수학식 (4)의 연산의 실행에 의하여 예상 횡가속도(Gd)를 계산한다. 또한 이 경우도 수학식 (3), 수학식 (4)의 연산의 실행을 대신하여 도 4에 나타내는 특성을 나타내는 테이블을 이용하여 예상 횡가속도(Gd)를 계산하도록 하여도 좋다. 또한 전자제어유닛(35)으로 실행되는 다른 프로그램처리에 대해서는 상기 제 1 실시형태의 경우와 동일하다.

이 변형예에 의하면 조타 핸들(11)에 대한 운전자의 조작 입력값으로서의 조타 토오크(T)가 토오크 - 횡가속도 변환부(52)에 의하여 예상 횡가속도(Gd)로 변환되고, 전타각 변환부(53), 전타각 보정부(61) 및 구동 제어부(62)에 의하여 좌우 전륜(FW1, FW2)은 예상 횡가속도(Gd)의 발생에 필요한 보정 목표 전타각(δda)으로 전타된다. 그리고 이 경우도 조타 토오크(T)는 운전자가 조타 핸들(11)로부터 지각할 수 있는 물리량임과 동시에, 조타 토오크(T)에 대하여 예상 횡가속도(Gd)는 누승 함수적으로 변화되는 것이기 때문에, 운전자는 웨버·페흐너의 법칙에 따른 반력을 느끼면서 사람의 지각특성에 따라 조타 핸들(11)을 회동 조작할 수 있다. 따라서 이 변형예에서도 상기 제 1 실시형태의 경우와 마찬가지로 운전자는 웨버·페흐너의 법칙에 따른 횡가속도를 느끼면서 사람의 지각특성에 따라 조타 핸들(11)을 회동 조작하여 차량을 선회시킬 수 있기 때문에 상기 제 1 실시형태의 경우와 동일한 효과가 기대된다.

또한 상기 제 1 실시형태에 의한 차량의 조타제어와, 상기 변형예에 의한 차량의 조타 제어를 변환 가능하게 하여도 좋다. 즉, 조타각 센서(31)와 조타 토오크센서(38)의 양쪽을 구비하고, 상기 제 1 실시형태와 같이 변위 - 토오크 변환부(51)에서 계산되는 목표 조타 토오크(Td)를 사용하여 예상 횡가속도(Gd)를 계산하는 경우와, 조타 토오크센서(38)에 의하여 검출된 조타 토오크(T)를 사용하여 예상 횡가속도(Gd)를 계산하는 경우를 변환하여 이용 가능하게 할 수도 있다. 이 경우 상기 변환을 운전자의 의사에 의하여 또는 차량의 운동상태에 따라 자동적으로 변환하도록 하면 좋다.

또, 상기 제 1 실시형태에서는 전타각 보정부(61)가 예상 횡가속도(Gd)와 실제 횡가속도(G)와의 차(Gd-G)에 따라 목표 전타각(δd)을 보정하도록 하였다. 그러나 이것 대신에 또는 더하여 전타각 보정부(61)가, 예상 횡가속도(Gd)에 대응한 예상 요레이트(γd)와 실제 요레이트(γ)와의 차(γd-γ)에 따라 목표 전타각(δd) 을 보정하도록 하여도 좋다. 이 경우, 예상 요레이트(γd)를 예상 횡가속도(Gd) 및 차속(V)을 사용하여 하기 수학식 (18)의 연산에 의하여 계산한다.

γd = Gd/V

그리고 이 계산한 예상 요레이트(γd)와, 도 1에 파선으로 나타내는 바와 같이 요레이트센서(39)에 의하여 검출된 실제 요레이트(γ)를 사용한 하기 수학식 (19)에 의거하여 보정 목표 전타각(δda)을 계산하도록 하면 좋다.

δda = δd + K4·(γd - γ)

단, 계수(K4)는 미리 정해진 양의 정수이고, 실제 요레이트(γ)가 예상 요레이트(γd)에 미치지 않은 경우에는, 보정 목표 전타각(δda)의 절대값이 커지는 측으로 보정된다. 또 실제 요레이트(γ)가 예상 요레이트(γd)를 넘는 경우에는 보정 목표 전타각(δda)의 절대값이 작아지는 측으로 보정된다. 이 보정에 의하여 예상 요레이트(γd)에 필요한 좌우 전륜(FW1, FW2)의 전타각이 더욱 정밀도 좋게 확보된다.

b. 제 2 실시형태

다음에 상기 제 1 실시형태에서의 운동상태량으로서의 횡가속도 대신에 요레이트를 사용한 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 설명한다. 이 제 2 실시형태에서는 도 1에 파선으로 나타내는 바와 같이 상기 제 1 실시형태에서의 횡가속도 센서(34) 대신에, 운전자가 지각할 수 있는 운동상태량인 실제 요레이트(γ)를 검출 하는 요레이트센서(39)를 구비하고 있다. 다른 구성에 대해서는 상기 제 1 실시형태와 동일하나, 전자제어유닛(35)으로 실행되는 컴퓨터 프로그램은 상기 제 1 실시형태의 경우와는 약간 다르다.

이 제 2 실시형태에서는 전자제어유닛(35)으로 실행되는 컴퓨터 프로그램이 도 6의 기능 블럭도에 의하여 나타나 있다. 이 경우, 감각 적합 제어부(50)에서 변위 - 토오크 변환부(51)는 상기 제 1 실시형태와 동일하게 기능하나, 상기 제 1 실시형태의 토오크 - 횡가속도 변환부(52) 대신에 토오크 - 요레이트 변환부(54)가 설치되어 있다.

이 토오크 - 요레이트 변환부(54)는, 변위 - 토오크 변환부(51)에서 계산된 조타 토오크(Td)를 사용하여 운전자가 조타 핸들(11)의 회동조작에 의하여 예상하고 있는 예상 요레이트(γd)를, 조타 토오크(Td)의 절대값이 양의 작은 소정값(To) 미만 이면, 하기 수학식 (20)과 같이 「0」이라 하고, 조타 토오크(Td)의 절대값이 양의 작은 소정값(To) 이상이면, 하기 수학식 (21)에 따라 계산한다.

γd = 0 (｜Td｜< To)

γd = C·Td^K2 (To ≤ ｜Td ｜)

단, 수학식 (21)에서의 C, K2는 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로 정수이다. 또 이 경우도, 상기 수학식 (21)에서의 조타 토오크(Td)는 상기 수학식 (2)를 이용 하여 계산한 조타 토오크(Td)의 절대값을 나타내고 있는 것으로, 상기 계산한 조타 토오크(Td)가 양이면 정수(C)를 양의 값이라 함과 동시에, 상기 계산한 조타 토오크(Td)가 음이면 정수(C)를 상기 양의 정수(C)와 동일한 절대값을 가지는 음의 값으로 한다. 또한 이 경우 상기 수학식 (20), 수학식 (21)의 연산 대신에, 조타 토오크(Td)에 대한 예상 요레이트(γd)를 기억한 도 7에 나타내는 바와 같은 특성의 변환 테이블을 사용하여 예상 요레이트(γd)를 계산하도록 하여도 좋다.

또, 전타각 변환부(55)는, 예상 요레이트(γd)를 발생하는 데 필요한 좌우 전륜(FW1, FW2)의 목표 전타각(δd)을 계산하는 것으로, 도 8에 나타내는 바와 같이 차속(V)을 따라 변화되어 예상 요레이트(γd)에 대한 목표 전타각(δd)의 변화특성을 나타내는 테이블을 가진다. 이 테이블은 차속(V)을 변화시키면서 차량을 주행시켜 좌우 전륜(FW1, FW2)의 전타각(δ)과 요레이트(γ)를 미리 실측하여 수집한 데이터의 집합이다. 그리고 전타각 변환부(55)는 이 테이블을 참조하여 상기 입력한 예상 요레이트(γd)와 차속센서(33)로부터 입력한 검출차속(V)에 대응한 목표 전타각(δd)을 계산한다. 또 상기 테이블에 기억되어 있는 요레이트(γ)[예상 요레이트(Td)]와 목표 전타각(δd)은 모두 양이나, 전타각 변환부(53)로부터 공급되는 예상 횡가속도(γd)가 음이면 출력되는 목표 전타각(δd)도 음이 된다.

또한 목표 전타각(δd)은 하기 수학식 (22)에 나타내는 바와 같이 차속(V)과 요레이트(γ)의 함수이기 때문에, 상기 테이블을 참조하는 것 대신에 하기 수학식 (22)의 연산의 실행에 의해서도 계산할 수 있다.

δd = L·(1 + A·V²)·γd/V

단, 상기 수학식 (22)에서도 L은 휠베이스를 나타내는 미리 정해진 소정값(예를 들면, 2.67 m)이고, A는 미리 정해진 소정값(예를 들면, 0.00187)이다.

이 계산된 목표 전타각(δd)은 전타 제어부(60)의 전타각 보정부(63)에 공급된다. 전타각 보정부(63)는 토오크 - 요레이트 변환부(54)로부터 예상 요레이트(γd)를 입력함과 동시에, 요레이트 센서(34)에 의하여 검출된 실제 요레이트(γ)도 입력하고 있고, 하기 수학식 (23)의 연산을 실행하여 입력한 목표 전타각(δd)을 보정하여 보정 목표 전타각(δda)을 계산한다.

δda = δd + K4·(γd - γ)

단, 계수(K4)는 미리 정해진 양의 정수이고, 실제 요레이트(γ)가 예상 요레이트(γd)에 미치지 않은 경우에는, 보정 목표 전타각(δda)의 절대값이 커지는 측으로 보정된다. 또 실제 요레이트(γ)가 예상 요레이트(γd)를 넘는 경우에는, 보정 목표 전타각(δda)의 절대값이 작아지는 측으로 보정된다. 이 보정에 의하여 예상 요레이트(γd)에 필요한 좌우전륜(FW1, FW2)의 전타각이 더욱 정밀도 좋게 확보된다.

또 전자제어유닛(35)으로 실행되는 다른 프로그램 처리에 대해서는 상기 제 1 실시형태의 경우와 동일하다. 그리고 도 6의 기능 블럭도에서 상기 제 1 실시형태의 도 2와 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

그리고 상기 설명한 제 2 실시형태에서도 조타 핸들(11)에 대한 운전자의 조작 입력값으로서의 조타각(θ)은 변위 - 토오크 변환부(51)에 의하여 조타 토오크(Td)로 변환됨과 동시에, 상기 변환된 조타 토오크(Td)는 토오크 - 요레이트 변환부(54)에 의하여 예상 요레이트(γd)로 변환되고, 전타각 변환부(55), 전타각 보정부(63) 및 구동 제어부(62)에 의하여 좌우 전륜(FW1, FW2)은 예상 요레이트(γd)의 발생에 필요한 보정 목표 전타각(δda)으로 전타된다. 이 경우도 조타 토오크(Td)는 반력 액츄에이터(13)의 작용에 의하여 운전자가 조타 핸들(11)로부터 지각할 수 있는 물리량임과 동시에, 조타각(θ)에 대하여 지수 함수적으로 변화하는 것이기 때문에 운전자는 웨버·페흐너의 법칙에 따른 반력을 느끼면서 사람의 지각특성에 따라 조타 핸들(11)을 회동 조작할 수 있다. 또 좌우 전륜(FW1, FW2)의 전타에 의하여 차량에 발생하는 요레이트(γ)도 지각할 수 있는 물리량임과 동시에, 이 요레이트(γ)는 예상 요레이트(γd)와 같아지도록 제어되고, 또한 이 예상 요레이트(γd)도 조타각(θ) 에 대하여 지수 함수적으로 변화된다. 따라서 운전자는 웨버·페흐너의 법칙에 따른 요레이트를 느끼면서 사람의 지각특성에 따라 조타 핸들(11)을 회동 조작하여 차량을 선회시킬 수 있다. 그 결과, 운전자는 상기 제 1 실시형태의 경우와 마찬가지로 사람의 지각특성에 맞추어 조타 핸들(11)을 조작할 수 있기 때문에 차량의 운전이 간단해진다.

또, 전타각 보정부(63)는 차량에 실제로 발생하고 있는 실제 요레이트(γ)가 조타 핸들(11)의 조타각(θ)에 정확하게 대응하도록 목표 전타각(δd)을 보정하기 때문에 차량에는 조타 핸들(11)의 조타각(θ)에 정확하게 대응한 실제 요레이트 (γ)가 발생한다. 그 결과, 운전자는 사람의 지각특성에 의하여 정확하게 맞는 요레이트를 지각하면서 조타 핸들(11)을 조작할 수 있게 되기 때문에 차량의 운전이 더욱 간단해진다. 또한 구체적인 작용효과에 대해서도 상기 제 1 실시형태의 횡가속도를 요레이트로 바꾼 점을 제외하면 동일하다.

또 이 제 2 실시형태에서도 상기 제 1 실시형태의 경우와 마찬가지로 조타 핸들(11)의 조작 입력값으로서 조타 토오크(T)를 이용하도록 변형할 수도 있다. 이 변형예에서도 도 1에 파선으로 나타내는 바와 같이 조타 입력축(12)에 조립되어 조타 핸들(11)에 부여된 조타 토오크(T)를 검출하는 조타 토오크센서(38)를 구비하고 있다. 그리고 변위 - 토오크 변환부(51)가 생략되고, 토오크 - 요레이트 변환부(54)가 변위 - 토오크 변환부(51)에서 계산되는 조타 토오크(Td) 대신에, 조타 토오크센서(38)에 의하여 검출된 조타 토오크(T)를 사용한 수학식 (20), 수학식 (21)의 연산의 실행에 의하여 예상 요레이트(γd)를 계산한다. 또한 이 경우도 수학식 (20), 수학식 (21)의 연산의 실행 대신에 도 7에 나타내는 특성을 나타내는 테이블을 이용하여 예상 요레이트(γd)를 계산하도록 하여도 좋다. 또한 전자제어유닛(35)으로 실행되는 다른 프로그램 처리에 대해서는 상기 제 2 실시형태의 경우와 동일하다.

이 변형예에 의하면 조타 핸들(11)에 대한 운전자의 조작 입력값으로서의 조타 토오크(T)가 토오크 - 요레이트 변환부(54)에 의하여 예상 요레이트(γd)로 변환되고, 전타각 변환부(55), 전타각 보정부(63) 및 구동제어부(62)에 의하여 좌우 전륜(FW1, FW2)은 예상 요레이트(γd)의 발생에 필요한 보정 목표 전타각(δda)으 로 전타 된다. 그리고 이 경우도 조타 토오크(T)는 운전자가 조타 핸들(11)로부터 지각할 수 있는 물리량임과 동시에, 조타 토오크(T)에 대하여 예상 요레이트(γd)는 누승 함수적으로 변화되는 것이기 때문에, 운전자는 웨버·페흐너의 법칙에 따른 반력을 느끼면서 사람의 지각특성에 따라 조타 핸들(11)을 회동 조작할 수 있다. 따라서 이 변형예에서도 상기 제 2 실시형태의 경우와 마찬가지로 운전자는 웨버·페흐너의 법칙에 따른 요레이트를 느끼면서 사람의 지각특성에 따라 조타 핸들(11)을 회동 조작하여 차량을 선회시킬 수 있기 때문에 상기 제 2 실시형태의 경우와 동일한 효과가 기대된다.

또한 상기 제 2 실시형태에 의한 차량의 조타 제어와, 상기 변형예에 의한 차량의 조타 제어를 변환 가능하게 하여도 좋다. 즉, 조타각 센서(31)와 조타 토오크센서(38)의 양쪽을 구비하고, 상기 제 2 실시형태와 같이 변위 - 토오크 변환부(51)에서 계산되는 목표 조타 토오크(Td)를 사용하여 예상 요레이트(γd)를 계산하는 경우와, 조타 토오크센서(38)에 의하여 검출된 조타 토오크(T)를 사용하여 예상 요레이트(γd)를 계산하는 경우를 변환하여 이용 가능하게 할 수도 있다. 이 경우, 상기 변환을 운전자의 의사에 의하여 또는 차량의 운동상태에 따라 자동적으로 변환하도록 하면 좋다.

또, 상기 제 2 실시형태에서는 전타각 보정부(63)가, 예상 요레이트(γd)와 실제 요레이트(γ)와의 차(γd -γ)에 따라 목표 전타각(δd)을 보정하도록 하였다. 그러나 이것 대신에 또는 더하여 전타각 보정부(61)가 예상 요레이트(γd)에 대응한 예상 횡가속도(Gd)와 실제 횡가속도(G)와의 차(Gd-G)에 따라 목표 전타각 (δd)을 보정하도록 하여도 좋다. 이 경우 예상 횡가속도(Gd)를 예상 요레이트(γd) 및 차속(V)을 사용하여 하기 수학식 (24)의 연산에 의하여 계산한다.

Gd =γd·V

그리고 이 계산한 예상 횡가속도(Gd)와, 새롭게 설치한 횡가속도 센서(34)(도 1 참조)에 의하여 검출된 실제 횡가속도(G)를 사용한 하기 수학식 (25)에 의거하여 보정 목표 전타각(δda)을 계산하도록 하면 좋다.

δda = δd + K3·(Gd - G)

단, 계수(K3)는 미리 정해진 양의 정수이고, 실제 횡가속도(G)가 예상 횡가속도(Gd)에 미치지 않는 경우에는, 보정 목표 전타각(δda)의 절대값이 커지는 측으로 보정된다. 또 실제 횡가속도(C)가 예상 횡가속도(Gd)를 넘는 경우에는 보정 목표 전타각(δda)의 절대값이 작아지는 측으로 보정된다. 이 보정에 의하여 예상 횡가속도(Gd)에 필요한 좌우 전륜(FW1, FW2)의 전타각이 더욱 정밀도 좋게 확보된다.

c. 제 3 실시형태

다음에 상기 제 1 실시형태에서의 운동상태량으로서의 횡가속도 대신에, 선회곡률을 사용한 본 발명의 제 3 실시형태에 대하여 설명한다. 이 제 3 실시형태에서도 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로 도 1에 나타내는 도시한 바와 같이 구성되어 있다. 단, 전자제어유닛(35)으로 실행되는 컴퓨터 프로그램이 상기 제 1 실 시형태의 경우와는 약간 다르다.

이 제 3 실시형태에서는 전자제어유닛(35)으로 실행되는 컴퓨터 프로그램이 도 9의 기능 블럭도에 의하여 나타나 있다. 이 경우 감각 적합 제어부(50)에서 변위 - 토오크 변환부(51)는 상기 제 1 실시형태와 동일하게 기능하나, 상기 제 1 실시형태의 토오크 - 횡가속도 변환부(52) 대신에 토오크 - 선회곡률 변환부(56)가 설치되어 있다.

이 토오크 - 곡율 변환부(56)는 변위 - 토오크 변환부(51)에서 계산된 조타 토오크(Td)를 사용하여 운전자가 조타 핸들(11)의 회동조작에 의하여 예상하고 있는 예상 선회곡률(ρd)을, 조타 토오크(Td)의 절대값이 양의 작은 소정값(To) 미만이면 하기 수학식 (26)과 같이 「0」이라 하고, 조타 토오크(Td)의 절대값이 양의 작은 소정값(To) 이상이면 하기 수학식 (27)에 따라 계산한다.

ρd = 0 (｜Td｜< To)

ρd = C·Td^K2 (To ≤｜Td｜)

단, 수학식 (27)에서의 C, K2는 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로 정수이다. 또 이 경우도 상기 수학식 (27)에서의 조타 토오크(Td)는 상기 수학식 (2)를 이용하여 계산한 조타 토오크(Td)의 절대값을 나타내고 있는 것으로, 상기 계산한 조타 토오크(Td)가 양이면 정수(C)를 양의 값으로 함과 동시에, 상기 계산한 조타 토오 크(Td)가 음이면 정수(C)를 상기 양의 정수(C)와 동일한 절대값을 가지는 음의 값으로 한다. 또한 이 경우 상기 수학식 (26), 수학식 (27)의 연산 대신에, 조타 토오크(Td)에 대한 예상 선회곡률(ρd)을 기억한 도 10에 나타내는 바와 같은 특성의 변환테이블을 이용하여 예상 선회곡률(ρd)을 계산하도록 하여도 좋다.

또, 전타각 변환부(57)는 예상 선회곡률(ρd)을 발생하는 데 필요한 좌우 전륜(FW1, FW2)의 목표 전타각(δd)을 계산하는 것으로, 도 11에 나타내는 바와 같이 차속(V)에 따라 변화하여 예상 선회곡률(ρd)에 대한 목표 전타각(δd)의 변화특성을 나타내는 테이블을 가진다. 이 테이블은 차속(V)을 변화시키면서 차량을 주행시켜 좌우 전륜(FW1, FW2)의 전타각(δ)과 선회곡률(ρ)을 미리 실측하여 수집한 데이터의 집합이다. 그리고 전타각 변환부(57)는 이 테이블을 참조하여 상기 입력한 예상 선회곡률(ρd)과 차속센서(33)로부터 입력한 검출 차속(V)에 대응한 목표 전타각(δd)을 계산한다. 또 상기 테이블에 기억되어 있는 선회곡률(ρ)[예상 선회곡률(ρd)]과 목표 전타각(δd)은 모두 양이나, 전타각 변환부(57)로부터 공급되는 예상 횡가속도(γd)가 음이면 출력되는 목표 전타각(δd)도 음이 된다.

또한 목표 전타각(δd)은 하기 수학식 (28)에 나타내는 바와 같이 차속(V)과 선회곡률(ρ)의 함수이기 때문에, 상기 테이블을 참조하는 것 대신에, 하기 수학식 (28)의 연산의 실행에 의해서도 계산할 수 있다.

δd = L·(1 + A·V²)·ρd

단, 상기 수학식 (28)에서도 L은 휠베이스를 나타내는 미리 정해진 소정값(예를 들면 2.67 m)이고, A는 미리 정해진 소정값(예를 들면 0. 00187)이다.

이 계산된 목표 전타각(δd)은 전타 제어부(60)의 전타각 보정부(64)에 공급된다. 전타각 보정부(64)는 토오크 - 선회곡률 변환부(56)로부터 예상 선회곡률(ρd)을 입력함과 동시에, 선회곡률 계산부(65)로부터 실제 선회곡률(p)도 입력한다. 선회곡률 계산부(65)는 횡가속도 센서(34)에 의하여 검출된 횡가속도(G) 또는 요레이트센서(39)에 의하여 검출된 요레이트(γ)와 차속센서(33)에 의하여 검출된 차속(V)을 사용하여 하기 수학식 (29)의 연산의 실행에 의하여 실제 선회곡률(p)을 계산하여 전타각 보정부(64)에 출력한다.

ρ = G/V² 또는 ρ = γ/V

그리고 전타각 보정부(64)는 하기 수학식 (30)의 연산을 실행하고, 입력한 목표 전타각(δd)을 보정하여 보정 목표 전타각(δda)을 계산한다.

δda = δd + K5·(ρd -ρ)

단, 계수(K5)는 미리 정해진 양의 정수이고, 실제 선회곡률(p)이 예상 선회곡률(ρ)에 미치지 않는 경우에는 보정 목표 전타각(δda)의 절대값이 커지는 측으로 보정된다. 또 실제 선회곡율(ρ)이 예상 선회곡률(ρd)을 넘는 경우에는, 보정 목표 전타각(δda)의 절대값이 작아지는 측으로 보정된다. 이 보정에 의하여 예상 선회곡률(ρd)에 필요한 좌우 전륜(FW1, FW2)의 전타각이 더욱 정밀도 좋게 확보된다.

또, 전자제어유닛(35)으로 실행되는 다른 프로그램처리에 대해서는 상기 제 1 실시형태의 경우와 동일하다. 그리고 도 9의 기능 블럭도에서 상기 제 1 실시형태의 도 2와 동일한 부호를 부착하고 그 설명을 생략한다.

그리고 상기 설명한 제 3 실시형태에서도 조타 핸들(11)에 대한 운전자의 조작 입력값으로서의 조타각(θ)은 변위 - 토오크 변환부(51)에 의하여 조타 토오크(Td)로 변환됨과 동시에, 상기 변환된 조타 토오크(Td)는 토오크 - 선회곡률 변환부(56)에 의하여 예상 선회곡률(ρd)로 변환되고, 전타각 변환부(57), 전타각 보정부(64) 및 구동제어부(62)에 의하여 좌우 전륜(FW1, FW2)은 예상 선회곡률(ρd)의 발생에 필요한 보정 목표 전타각(δda)으로 전타된다. 이 경우도 조타 토오크(Td)는 반력 액츄에이터(13)의 작용에 의하여 운전자가 조타 핸들(11)로부터 지각할 수 있는 물리량임과 동시에, 조타각(θ)에 대하여 지수 함수적으로 변화하는 것이기 때문에, 운전자는 웨버·페흐너의 법칙에 따른 반력을 느끼면서 사람의 지각특성에 따라 조타 핸들(11)을 회동 조작할 수 있다. 또 좌우 전륜(FW1, FW2)의 전타에 의한 선회곡률도 시각에 의하여 지각할 수 있는 물리량임과 동시에, 이 선회곡률(ρ)은 예상 선회곡률(ρd)과 같아지도록 제어되고, 또한 이 예상 선회곡률(ρd)도 조타각(θ)에 대하여 지수 함수적으로 변화된다. 따라서 운전자는 웨버·페흐너의 법칙에 따른 선회곡률을 시각에 의하여 지각하면서 사람의 지각특성에 따라 조타 핸들(11)을 회동 조작하여 차량을 선회시킬 수 있다. 그 결과, 운전자는 상기 제 1 실시형태의 경우와 마찬가지로 사람의 지각특성에 맞추어 조타 핸들(11)을 조작할 수 있기 때문에, 차량의 운전이 간단해진다.

또, 전타각 보정부(64)는 차량에 실제로 발생하고 있는 실제 선회곡률(ρ)이 조타 핸들(11)의 조타각(θ)에 정확하게 대응하도록 목표 전타각(δd)을 보정하기 때문에 차량은 조타 핸들(11)의 조타각(θ)에 정확하게 대응한 실제 선회곡률(γ)로 선회한다. 그 결과, 운전자는 사람의 지각특성에 더욱 정확하게 맞는 선회곡률을 지각하면서 조타 핸들(11)을 조작할 수 있게 되기 때문에, 차량의 운전이 더욱 간단해진다. 또한 구체적인 작용효과에 대해서도 상기 제 1 실시형태의 횡가속도를 선회곡률로 바꾼 점을 제외하면 동일하다.

또, 이 제 3 실시형태에서도 상기 제 1 실시형태의 경우와 마찬가지로 조타 핸들(11)의 조작 입력값으로서 조타 토오크(T)를 이용하도록 변형할 수도 있다. 이 변형예에서도 도 1에 파선으로 나타내는 바와 같이 조타 입력축(12)에 조립되어 조타 핸들(11)에 부여된 조타 토오크(T)를 검출하는 조타 토오크센서(38)를 구비하고 있다. 그리고 변위 - 토오크 변환부(51)가 생략되고, 토오크 - 선회곡률 변환부(56)가 변위 - 토오크 변환부(51)에서 계산되는 조타 토오크(Td) 대신에, 조타 토오크센서(38)에 의하여 검출된 조타 토오크(T)를 사용한 수학식 (26), 수학식 (27)의 연산의 실행에 의하여 예상 선회곡률(ρd)을 계산한다. 또한 이 경우도 수학식 (26), 수학식 (27)의 연산의 실행 대신에 도 10에 나타내는 특성을 나타내는 테이블을 이용하여 예상 선회곡률(ρd)을 계산하도록 하여도 좋다. 또한 전자제어유닛(35)으로 실행되는 다른 프로그램 처리에 대해서는 상기 제 3 실시형태의 경우 와 동일하다.

이 변형예에 의하면 조타 핸들(11)에 대한 운전자의 조작 입력값으로서의 조타 토오크(T)가 토오크 - 선회곡률 변환부(56)에 의하여 예상 선회곡률(ρd)로 변환되고, 전타각 변환부(57), 전타각 보정부(64) 및 구동 제어부(62)에 의하여 좌우 전륜(FW1, FW2)은 예상 선회곡률(ρd)의 발생에 필요한 보정 목표 전타각(δda)으로 전타된다. 그리고 이 경우도 조타 토오크(T)는 운전자가 조타 핸들(11)로부터 지각할 수 있는 물리량임과 동시에, 조타 토오크(T)에 대하여 예상 선회곡률(ρd)은 누승 함수적으로 변화되는 것이기 때문에, 운전자는 웨버·페흐너의 법칙에 따른 반력을 느끼면서 사람의 지각특성에 따라 조타 핸들(11)을 회동 조작할 수 있다. 따라서 이 변형예에서도 상기 제 3 실시형태의 경우와 마찬가지로 운전자는 웨버·페흐너의 법칙에 따른 선회곡률을 느끼면서 사람의 지각특성에 따라 조타 핸들(11)을 회동 조작하여 차량을 선회시킬 수 있기 때문에, 상기 제 3 실시형태의 경우와 동일한 효과가 기대된다.

또한 상기 제 3 실시형태에 의한 차량의 조타제어와, 상기 변형예에 의한 차량의 조타제어를 변환 가능하게 하여도 좋다. 즉, 조타각 센서(31)와 조타 토오크센서(38)의 양쪽을 구비하고, 상기 제 3 실시형태와 같이 변위 - 토오크 변환부(51)에서 계산되는 목표 조타 토오크(Td)를 사용하여 예상 선회곡률(ρd)을 계산하는 경우와, 조타 토오크센서(38)에 의하여 검출된 조타 토오크(T)를 사용하여 예상 선회곡률(ρd)을 계산하는 경우를 변환하여 이용 가능하게 할 수도 있다. 이 경우, 상기 변환을 운전자의 의사에 의하여 또는 차량의 운동상태에 따라 자동적으 로 변환하도록 하면 좋다.

또, 상기 제 3 실시형태에서는 전타각 보정부(64)가 예상 선회곡률(ρd)과 실제 선회곡률(ρ)과의 차(ρd-ρ)에 따라 목표 전타각(δd)을 보정하도록 하였다. 그러나 이것 대신에, 또는 더하여 상기 제 1 실시형태의 경우와 마찬가지로 전타각 보정부(61)가 예상 선회곡률(p)에 대응한 예상 횡가속도(Gd)와 실제 횡가속도(G)의 차(Gd-G)에 따라 목표 전타각(δd)을 보정하도록 하여도 좋다. 이 경우, 예상 횡가속도(Gd)를 예상 선회곡률(ρd) 및 차속(V)을 이용하여 하기 수학식 (31)의 연산에 의하여 계산한다.

Gd =ρd· V²

또, 상기 제 2 실시형태의 경우와 마찬가지로 전타각 보정부(61)가, 예상 선회곡률(ρ)에 대응한 예상 요레이트(γd)와 실제 요레이트(γ)의 차(γd-γ)에 따라목표 전타각(δd)을 보정하도록 하여도 좋다. 이 경우 예상 요레이트(γd)를 예상 선회곡률(ρd) 및 차속(V)을 이용하여 하기 수학식 (32)의 연산에 의하여 계산한다.

γd = ρd·V

d. 그 밖의 변형예

또한 본 발명의 실시에서는 상기 제 1 내지 제 3 실시형태 및 그것들의 변형 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 목적을 일탈하지 않는 한에 있어서 여러가지의 변경이 가능하다.

예를 들면 상기 제 1 내지 제 3 실시형태 및 그것들의 변형예에서는 차량을 조타하기 위하여 회동 조작되는 조타 핸들(11)을 사용하도록 하였다. 그러나 이것 대신에 예를 들면 직선적으로 변위하는 조이스틱타입의 조타 핸들을 사용하여도 좋고, 그외 운전자에 의하여 조작됨과 동시에 차량에 대한 조타를 지시할 수 있는 것이면, 어떠한 것을 사용하여도 좋다.

또, 상기 제 1 내지 제 3 실시형태 및 그것들의 변형예에서는 전타 액츄에이터(21)를 사용하여 전타 출력축(22)를 회전시킴으로써 좌우 전륜(FW1, FW2)을 전타 하도록 하였다. 그러나 이것 대신에 전타 액츄에이터(13)를 사용하여 랙바(23)를 리니하게 변위시킴으로써, 좌우 전륜(FW1, FW2)을 전타하도록 하여도 좋다.

또한 상기 제 1 내지 제 3 실시형태 및 그것들의 변형예에서는 사람이 지각할 수 있는 차량의 운동상태량으로서, 횡가속도, 요레이트 및 선회곡률을 각각 단독으로 사용하도록 하였다. 그러나 이들 차량의 운동상태량을 운전자에 의한 선택조작에 의하여 변환하고, 또는 차량의 주행상태에 따라 자동적으로 변환하여 차량의 조타제어를 행하도록 하여도 좋다. 차량의 주행상태에 따라 자동적으로 변환하는 경우, 예를 들면 차량의 저속 주행시(예를 들면, 40 Km/h 미만)에는 상기 운동상태량으로서 선회곡률을 사용하고, 차량의 중속 주행시(예를 들면, 40 Km/h 이상 100 Km/h 미만)에는 상기 운동상태량으로서 요레이트를 사용하고, 또한 차량의 고속 주행시(예를 들면 100 Km/h 이상)에는 상기 운동상태량으로서 횡가속도를 사용 하도록 한다. 이것에 의하면 차량의 주행상태에 따라 적절한 차량의 조타제어가 이루어져 차량의 운전이 더욱 쉬워진다.

Claims

차량을 조타하기 위하여 운전자에 의해 조작되는 조타 핸들과, 전타륜을 전타하기 위한 전타 액츄에이터와, 상기 조타 핸들의 조작에 따라 상기 전타 액츄에이터를 구동 제어하여 전타륜을 전타하는 전타 제어장치를 구비한 스티어링 바이 와이어방식의 차량의 조타장치에 있어서,

상기 전타 제어장치를,

상기 조타 핸들에 대한 운전자의 조작 입력값을 검출하는 조작 입력값 검출수단과,

차량의 선회에 관계하여 운전자가 지각할 수 있는 차량의 운동상태를 나타내고 있어 상기 조타 핸들에 대한 조작 입력값과 미리 정한 지수관계 또는 누승관계에 있는 차량의 예상 운동상태량을 상기 검출되는 조작 입력값을 사용하여 계산하는 운동상태량 계산수단과,

상기 계산된 예상 운동상태량으로 차량이 운동하기 위하여 필요한 상기 전타륜의 전타각을, 상기 계산된 예상 운동상태량을 사용하여 계산하는 전타각 계산수단과,

상기 계산된 전타각에 따라 상기 전타 액츄에이터를 제어하여 상기 전타륜을 상기 계산된 전타각으로 전타하는 전타 제어수단으로 구성한 것을 특징으로 하는 스티어링 바이 와이어방식의 차량의 조타장치.
제 1항에 있어서,

상기 조작 입력값 검출수단을, 상기 조타 핸들의 변위량을 검출하는 변위량 센서로 구성함과 동시에,

상기 운동상태량 계산수단을, 상기 검출된 변위량을 상기 조타 핸들에 부여되는 조작력으로 변환하는 조작력 변환수단과, 상기 변환된 조작력을 상기 예상 운동상태량으로 변환하는 운동상태량 변환수단으로 구성한 것을 특징으로 하는 스티어링 바이 와이어방식의 차량의 조타장치.
제 2항에 있어서,

상기 조작력 변환수단은, 지수 함수를 사용하여 상기 검출된 변위량을 상기조타 핸들에 부여되는 조작력으로 변환하고, 또한

상기 운동상태량 변환수단은, 누승 함수를 사용하여 상기 변환된 조작력을 상기 예상 운동상태량으로 변환하도록 한 것을 특징으로 하는 스티어링 바이 와이어방식의 차량의 조타장치.
제 3항에 있어서,

상기 운동상태량 변환수단은, 상기 변환된 조작력이 소정값 미만일 때 상기 예상 운동상태량을 「0」이라 하고, 상기 변환된 조작력이 상기 소정값 이상일 때 상기 변환된 조작력을 상기 예상 운동상태량에 누승 함수를 사용하여 변환하도록 한 것을 특징으로 하는 스티어링 바이 와이어방식의 차량의 조타장치.
제 4항에 있어서,

상기 조작력 변환수단은, 상기 검출된 변위량이 0일 때, 상기 조타 핸들에 부여되는 조작력을 상기 소정값으로 하도록 한 것을 특징으로 하는 스티어링 바이 와이어방식의 차량의 조타장치.
제 2항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 조타 핸들의 변위량은 조타 핸들의 조타각인 것을 특징으로 하는 스티어링 바이 와이어방식의 차량의 조타장치.
제 1항에 있어서,

상기 조작 입력값 검출수단을, 상기 조타 핸들에 부여되는 조작력을 검출하는 조작력 센서로 구성함과 동시에,

상기 운동상태량 계산수단을, 상기 검출된 조작력을 상기 예상 운동상태량으로 변환하는 운동상태량 변환수단으로 구성한 것을 특징으로 하는 스티어링 바이 와이어방식의 차량의 조타장치.
제 7항에 있어서,

상기 운동상태량 변환수단은, 누승 함수를 사용하여 상기 검출된 조작력을 상기 예상 운동상태량으로 변환하도록 한 것을 특징으로 하는 스티어링 바이 와이 어방식의 차량의 조타장치.
제 8항에 있어서,

상기 운동상태량 변환수단은, 상기 검출된 조작력이 소정값 미만일 때, 상기 예상 운동상태량을 「0」이라 하고, 상기 검출된 조작력이 상기 소정값 이상일 때 상기 검출된 조작력을 상기 예상 운동상태량에 누승 함수를 사용하여 변환하도록 한 것을 특징으로 하는 스티어링 바이 와이어방식의 차량의 조타장치.
제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 조타 핸들에 부여되는 조작력은 조타 토오크인 것을 특징으로 하는 스티어링 바이 와이어방식의 차량의 조타장치.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 계산한 예상 운동상태량과 동일종류로서 차량의 실제의 운동상태를 나타내는 실제 운동상태량을 검출하는 운동상태량 검출수단과,

상기 계산된 예상 운동상태량과 상기 검출된 실제 운동상태량과의 차에 따라서 상기 계산된 전타각을 보정하는 보정수단을 설치한 것을 특징으로 하는 스티어링 바이 와이어방식의 차량의 조타장치.
제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 예상 운동상태량은, 차량의 횡가속도, 요레이트 및 선회곡률 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 스티어링 바이 와이어방식의 차량의 조타장치.
제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 운동상태량 계산수단은, 상기 예상 운동상태량으로서 복수종류의 예상 운동상태량 중으로부터 어느 하나를 선택적으로 이용하는 것임을 특징으로 하는 스티어링 바이 와이어방식의 차량의 조타장치.
제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 조타 핸들의 조작에 대하여 반력을 부여하는 반력장치를 설치한 것을 특징으로 하는 스티어링 바이 와이어방식의 차량의 조타장치.
제 14항에 있어서,

상기 반력장치는, 상기 조타 핸들의 변위량을 지수 변환한 반력을 상기 조타 핸들에 부여하는 것임을 특징으로 하는 스티어링 바이 와이어방식의 차량의 조타장치.