專利名稱：車輛轉向設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及線控轉向系統的車輛轉向設備，其設置有由駕駛員操作的轉向手柄用于車輛轉向、用于旋轉轉向輪的旋轉致動器、以及根據對轉向手柄的操作來驅動和控制旋轉致動器以用于旋轉轉向輪的旋轉控制裝置。
背景技術：
目前，已經積極地開發(fā)了此種類型線控轉向系統的轉向設備。例如，日本未審查專利申請No.2000-85604公開了一種轉向設備，其檢測轉向角和車速、計算隨著轉向角增大而減小并且隨著車速增大而增大的傳動比、通過用傳動比劃分轉向角來計算前輪的轉角(齒條軸的位移量)、并將前輪旋轉到計算的轉角。在此轉向設備中，根據通過時間微分檢測的手柄轉向角獲得的轉向速度來校正計算的轉角，由此增強轉向響應并跟蹤前輪的性能。此外，通過使用檢測的車速和檢測的手柄轉向角來計算目標橫擺率，并且根據計算的目標橫擺率和檢測的實際橫擺率之間的差異來校正計算的轉角，由此實現考慮了車輛性能的轉彎控制。
日本未審查的專利申請No.HEI11(1999)-124047公開了一種轉向設備，其檢測轉向轉矩和手柄轉向角、計算隨著轉向轉矩和手柄轉向角的增加而增加的兩個轉角、并將前輪旋轉到通過增加這些計算的轉角得到的轉角。在此轉向設備中，還檢測車速，其中通過此檢測的車速來校正兩個轉角，由此根據車速改變轉彎特性。
傳統的兩種設備檢測轉向角和轉向轉矩，它們是駕駛員對轉向手枘的用于車輛轉向的操作輸入值，通過使用這些檢測的轉向角和轉向轉矩來直接計算前輪的轉角，并將前輪旋轉到計算的轉角。但是，盡管轉向手柄和轉向輪之間的機械連接被放開，但是前輪的這些旋轉控制在基礎的技術概念上完全相同，其中從前輪相對于轉向手柄的操作的轉向方法的角度來看，前輪的轉角被確定成與轉向手柄的轉向位置和轉向力相對應。前輪的轉角未被確定成通過這些旋轉方法與人的感覺特性相對應，使得駕駛員有時很難駕駛車輛。
具體地，在傳統的設備中，不能被駕駛員感知的轉角被直接確定以對應于轉向手柄的操作，并且通過根據轉向角旋轉前輪來旋轉車輛。駕駛員用觸覺或視覺感知車輛的由車輛轉彎引起的橫向加速度、橫擺率以及轉彎曲率，并將它們反饋到轉向手柄的操作用于以需要的方式旋轉車輛。換言之，相對于駕駛員對轉向手柄的操作，前輪的轉角是人不能感知的物理量。因此，相對于駕駛員的轉向操作直接確定的轉角未被確定成適于駕駛員的感知特性。這使得駕駛員很難駕駛車輛。
在傳統的設備中，根據目標橫擺率之間的差異來校正確定的轉角，其中目標橫擺率是通過使用檢測的車速和檢測的手柄轉向角以及檢測的實際橫擺率來計算的。這僅是考慮了車輛性能的轉角的校正，使得未根據駕駛員通過對轉向手柄的操作所感知的橫擺率來確定轉角。由此，還在這種情況下，相對于駕駛員的轉向操作確定的轉角未被確定成適于駕駛員的感知特性，由此這使得駕駛員很難駕駛車輛。
發(fā)明內容
為了解決前述問題，本發(fā)明人已經針對能夠相對于駕駛員對轉向手柄的操作根據人的感知特性來轉向車輛的車輛轉向設備進行了研究。對于上述的人的感知特性來說，Weber-Fechner定律表明人的感知量與給定刺激的物理量的對數成比例。換言之，在操作量是位移的情況下，如果相對于人的操作量提供給人的刺激的物理量以指數函數的方式變化，或者在操作量是轉矩的情況下，如果前述物理量以冪函數的方式變化，則操作量和物理量之間的關系可以適合于人的感知特性。本發(fā)明人已經根據應用Weber-Fechner定律至車輛轉向操作的結果發(fā)現如下情況。
通過驅動車輛，車輛通過轉向手柄上的操作轉彎。車輛轉彎改變了諸如橫向加速度、橫擺率、轉彎曲率等之類的車輛運行狀態(tài)量。駕駛員以觸覺或視覺感知此車輛運行狀態(tài)量。因此，如果駕駛員能夠感知的車輛運行狀態(tài)量相對于駕駛員對轉向手柄的操作以指數函數或冪函數的方式改變，則他/她能夠通過操作轉向手柄以適合于感知特性來駕駛車輛。
本發(fā)明基于上述發(fā)現，并且目的在于提供一種車輛轉向設備，其中通過駕駛員對轉向手柄的操作轉向車輛以適于人的感知特性，由此容易地駕駛車輛。
為了達到前述目的，本發(fā)明特征在于在線控轉向系統的車輛轉向設備中，其中設置有由駕駛員操作的轉向手柄用于車輛轉向、用于旋轉轉向輪的旋轉致動器、以及根據所述轉向手柄上的操作驅動并控制所述旋轉致動器用于旋轉所述轉向輪的旋轉控制裝置，其中所述旋轉控制裝置包括操作輸入值檢測裝置，其檢測駕駛員對所述轉向手柄的操作輸入值；運行狀態(tài)量計算裝置，其通過使用所述檢測的操作輸入值來計算車輛的預期運行狀態(tài)量，其中車輛的所述預期運行狀態(tài)量表示車輛運行狀態(tài)，其與車輛轉彎相關并能夠由駕駛員感知，并且所述預期運行狀態(tài)量與所述轉向手柄的所述操作輸入值成指數函數的預定關系或者冪函數的預定關系；轉角計算裝置，其通過使用所述計算的預期運行狀態(tài)量來計算轉向輪的用于使車輛以所述計算的預期運行狀態(tài)量移動所需的轉角；以及旋轉控制工具，其根據所述計算的轉角控制所述旋轉致動器，用于使所述轉向輪旋轉到所述計算的轉角。
在這種情況下，所述預期運行狀態(tài)量是例如車輛橫向加速度、車輛橫擺率或車輛轉彎曲率中的至少一種。在所述車輛轉向設備中，還可以設置用于施加反作用力至所述轉向手柄的操作的反作用力裝置。
此外，所述操作輸入值檢測裝置可以由檢測所述轉向手柄的位移量的位移量傳感器組成。在這種情況下，所述運行狀態(tài)量計算裝置可以由操作力轉換裝置和運行狀態(tài)量轉換裝置組成，其中所述操作力轉換裝置將所述檢測的位移量轉換成施加在轉向手柄上的操作力，所述運行狀態(tài)量轉換裝置將所述轉換的操作力轉換成預期運行狀態(tài)量。所述操作力轉換裝置可以將所述位移量轉換成與所述位移量成指數函數關系的操作力，而所述運行狀態(tài)量轉換裝置可以將所述操作力轉換成與所述操作力成指數函數關系的預期運行狀態(tài)量。
所述操作輸入值檢測裝置例如可以由檢測施加到所述轉向手柄的所述操作力的操作力傳感器組成。在這種情況下，所述運行狀態(tài)量計算裝置可以由將所述檢測的操作力轉換成預期運行狀態(tài)量的運行狀態(tài)量轉換裝置組成。所述運行狀態(tài)量轉換裝置可以將所述操作力轉換成與所述操作力成冪函數關系的預期運行狀態(tài)量。
在具有前述構造的本發(fā)明中，駕駛員對所述轉向手柄的操作輸入值首先被轉換成與車輛轉彎相關的車輛預期運行狀態(tài)量(橫向加速度、橫擺率、轉彎曲率等)，其可以被駕駛員感覺到，并與所述轉向手柄的所述操作輸入值成指數函數的預定關系或冪函數的預定關系。然后，基于所述轉換的預期運行狀態(tài)量計算所述轉向輪的用于使車輛以所述預期運行狀態(tài)量移動所需的轉角，并且所述轉向輪被旋轉到所述計算的轉角。因此，當通過所述轉向輪的旋轉來轉動車輛時，所述預期運行狀態(tài)量被提供至駕駛員作為遵循Weber-Fechner定律的“給定刺激的物理量”。因為所述預期運行狀態(tài)量以相對于所述轉向手柄的操作輸入值成指數函數或冪函數的方式變化，所以駕駛員能夠根據感知適合于人的感知特性的運動狀態(tài)量來旋轉所述轉向手柄。駕駛員能夠通過接觸車輛中的各個部分觸覺地感知橫向加速度和橫擺率。駕駛員能夠通過車輛視覺區(qū)域內的條件來視覺感知轉彎曲率。結果，駕駛員能夠旋轉所述轉向手柄以適于人的感知特性，由此駕駛員能夠容易地駕駛車輛。
本發(fā)明的另一個特征在于，除了前述的構造，本發(fā)明設置有運行狀態(tài)量檢測裝置，其檢測實際的運行狀態(tài)量，所述實際的運行狀態(tài)量與所述計算的預期運行狀態(tài)量類型相同并且表示車輛的實際運行狀態(tài)；以及校正裝置，其根據所述計算的預期運行狀態(tài)量和所述檢測的實際運行狀態(tài)量之間的差異校正所述計算的轉角。這允許將所述轉向輪恰好旋轉到用于使車輛以所述計算的預期運行狀態(tài)量駕駛所需的轉角。結果，駕駛員能夠操作所述轉向手柄，同時感知剛好適于人的感知特性的所述運行狀態(tài)量，由此更有助于駕駛車輛。
圖1是本發(fā)明第一至第三實施例共同的車輛轉向設備的示意圖；圖2是功能性地示出根據第一實施例由圖1的電子控制單元執(zhí)行的計算機程序處理的功能性結構圖；圖3是示出轉向角和轉向轉矩之間關系的曲線圖；圖4是示出轉向轉矩和預期橫向加速度之間關系的曲線圖；圖5是示出預期橫向加速度和目標轉角之間關系的曲線圖；圖6是功能性地示出根據第二實施例由圖1的電子控制單元執(zhí)行的計算機程序處理的功能性結構圖；圖7是示出轉向轉矩和預期橫擺率之間關系的曲線圖；圖8是示出預期橫擺率和目標轉角之間關系的曲線圖；圖9是功能性地示出根據第三實施例由圖1的電子控制單元執(zhí)行的計算機程序處理的功能性結構圖；圖10是示出轉向轉矩和預期轉彎曲率之間關系的曲線圖；圖11是示出預期轉彎曲率和目標轉角之間關系的曲線圖。
具體實施例方式
第一實施例以下將參考
根據本發(fā)明第一實施例的車輛轉向設備。圖1是示意性地示出根據第一實施例的車輛轉向設備的示意圖。
轉向設備設置有轉向手柄11作為由駕駛員旋轉的操作部分，用于使作為轉向輪的左右前輪FW1和FW2轉向。轉向手柄11固定到轉向輸入軸12的上端。轉向輸入軸12的下端連接至由電動機和減速機構組成的反作用力致動器13。反作用力致動器13對駕駛員向轉向手柄11的旋轉操作施加反作用力。
轉向設備還設置有由電動機和減速機構組成的旋轉致動器21。來自旋轉致動器21的旋轉力經由旋轉輸出軸22、齒輪23和齒條24傳遞到左右前輪FW1和FW2。根據此構造，來自旋轉致動器21的旋轉力經由旋轉輸出軸22傳遞至齒輪23，由此齒輪23的旋轉使齒條24在軸向方向上移動。齒條24在軸向方向上的移動允許朝右或朝左旋轉左右前輪FW1和FW2。
接下來說明的是用于控制反作用力致動器13和旋轉致動器21的轉動的電子控制器。電子控制器具有轉向角傳感器31、轉向角傳感器32、車速傳感器33和橫向加速度傳感器34。
轉向角傳感器31附裝到轉向輸入軸12。其檢測轉向手柄11從中間位置的轉角并將檢測的角度輸出作為轉向角θ。轉向角傳感器32附裝到轉向輸出軸22。其檢測轉向輸出軸22從中間位置的轉角并將檢測的角度輸出作為實際的轉角δ(對應于左右前輪FW1和FW2的轉角)。應當注意轉向角θ和實際轉角δ將中間位置定義為“0”來表示，使得向左方向上的轉角由正值表示，而向右方向上的轉角由負值表示。車速傳感器33檢測車速V并輸出檢測的速度。橫向加速度傳感器34檢測車輛的實際橫向加速度G并輸出結果。實際的橫向加速度G也被表示成向左方向上的加速度由正值表示而向右方向上的加速度由負值表示。
這些傳感器31至34連接至電子控制單元35。電子控制單元35具有作為主要部件的微型計算機，其由CPU、ROM、RAM等組成。電子控制單元35通過程序的執(zhí)行分別控制反作用力致動器13和旋轉致動器21的操作。用于驅動反作用力致動器13和旋轉致動器21的驅動電路36和37連接至電子控制單元35的輸出側。布置在驅動電路36和37中的是電流檢測器36a和37a，用于檢測流過反作用力致動器13和旋轉致動器21中的電動機的驅動電流。由電流檢測器36a和37a檢測的驅動電流反饋至電子控制單元35用于控制兩個電動機的驅動。
接下來，將參考圖2中所示的功能性框圖說明具有上述構造的第一實施例的操作，其中圖2示出由電子控制單元35中的計算機程序處理實現的功能。電子控制單元35包括反作用力控制部分35，用于控制施加至轉向手柄11的反作用力；感覺適應控制部分50，用于基于轉向手柄11的旋轉操作確定左右前輪FW1和FW2的與駕駛員的感覺對應的目標轉角δd；以及旋轉控制部分60，用于基于目標轉角δd控制左右前輪FW1和FW2的旋轉。
當駕駛員旋轉轉向手柄11時，轉向角傳感器31檢測作為轉向手柄11的轉角的轉向角θ。檢測的轉向角θ分別輸出至反作用力控制部分40和感覺適應控制部分50。在反作用力控制部分40中，位移/轉矩轉換部分41通過使用以下的等式1計算反作用力轉矩Tz，反作用力轉矩Tz是轉向角θ的指數函數。
Tz＝T0·exp(K1·θ) ...(Eq.1)在此等式中，T0和K1是常數，并且它們將在關于感覺適應控制部分50的以下說明中更詳細地描述。等式1中的轉向角θ表示檢測的轉向角θ的絕對值。因此，如果檢測的轉向角θ是正的，則使得常數T0為負，而如果檢測的轉向角θ是負的，則使得常數T0為正，其具有與負常數T0相等的絕對值。代替等式1的計算，可以通過使用具有圖3所示的反作用力轉矩Tz相對于轉向角θ的特性并儲存在其中的換算表來計算反作用力轉矩Tz。
計算的反作用力轉矩Tz供應至驅動控制部分42。驅動控制部分42輸入從驅動電路36流過反作用力致動器13中的電動機的驅動電流，并反饋控制驅動電路36使得與反作用力轉矩Tz對應的驅動電流流過電動機。反作用力致動器13中的電動機的驅動控制引起電動機經由轉向輸入軸12在轉向手柄11上施加反作用力轉矩Tz。由此，駕駛員旋轉轉向手柄11，感覺到以轉向角θ的指數函數形式變化的反作用力轉矩Tz，也就是等于轉向手柄11上的反作用力轉矩Tz的增大的轉向轉矩。轉向角θ和反作用力轉矩Tz之間的關系也遵循Weber-Fechner定律，其中駕駛員能夠旋轉轉向手柄11，從轉向手柄11接收適合于人的感知特性的感覺。
另一方面，根據以下的類似于等式1的等式2，利用輸入感覺適應控制部分50的轉向角θ在位移/轉矩轉換表51處計算轉向轉矩Td。
Td＝T0·exp(K1·θ)...(Eq.2)在這種情況下，等式2中的T0和K1是類似于等式1中的那些的常數。等式2中的轉向角θ表示檢測的轉向角θ的絕對值。因此，如果檢測的轉向角θ是正的，則使得常數T0為正，而如果檢測的轉向角θ是負的，則使得常數T0為負，其具有與正常數T0相等的絕對值。代替等式2的計算，也可以通過使用具有圖3所示的轉向轉矩Td相對于轉向角θ的特性并儲存在其中的換算表來計算轉向轉矩Td。
計算的轉向轉矩Td供應至轉矩/橫向加速度轉換部分52。當轉向轉矩Td的絕對值小于正的較小預定值T0時，轉矩/橫向加速度轉換部分52將預期的橫向加速度Gd設定成如以下等式3中所描述的“0”，其中預期的橫向加速度是根據駕駛員對轉向手柄11的旋轉操作來預期的，而當轉向轉矩Td的絕對值不小于正的較小預定值T0時，根據以下等式4計算預期的橫向加速度Gd。
Gd＝0(|Td|＜T0) ...(Eq.3)Gd＝C·TdK2(T0≤|Td|) ...(Eq.4)等式4中的C和K2是常數。等式4中的轉向轉矩Td代表通過使用等式2計算的轉向轉矩Td的絕對值。因此，如果計算的轉向轉矩Td是正的，則使得常數C為正，而如果計算的轉向轉矩Td是負的，則使得常數C為負，并且其具有與正常數C相等的絕對值。代替等式3和4的計算，也可以通過使用具有圖4所示的預期橫向加速度Gd相對于轉向轉矩Td的特性并儲存在其中的換算表來計算預期的橫向加速度Gd。
此處將說明等式4。當通過利用等式2來消除轉向轉矩Td時，得到以下的等式5。
Gd＝C·(T0·exp(K1·θ))K2＝C·T0K2·exp(K1·K2·θ)＝G0·exp(K1·K2·θ) ...(Eq.5)在等式5中，G0是常數C·T0K2，并且等式5示出預期的橫向加速度Gd以相對于駕駛員對轉向手柄11的轉向角θ成指數函數的方式變化。預期的橫向加速度Gd是駕駛員能夠通過駕駛員身體的一部分接觸車輛中的預定部分來感知的物理量，并且其遵循Weber-Fechner定律。由此，如果在駕駛員感知到橫向加速度等于預期的橫向加速度Gd時，駕駛員能夠旋轉轉向手柄11，則轉向手柄11的旋轉操作和車輛轉向之間的關系能夠與人的感知特性相關聯。
因為由等式4(也就是等式5)表示的預期橫向加速度Gd以相對于轉向角θ成指數函數的方式變化，如上所述，其中轉向角θ是轉向手柄11的旋轉量，所以預期的橫向加速度Gd適于人的感知特性。此外，在駕駛員對轉向手柄11的旋轉操作中最早的過程是以恒定的速度ω(θ＝ω·t)旋轉轉向手柄11。根據此旋轉操作，預期的橫向加速度Gd以相對于時間t成指數函數的方式變化，如以下的等式6所表示。由此，應當理解如果駕駛員能夠在感知到橫向加速度等于預期的橫向加速度Gd時旋轉轉向手柄11，則有助于駕駛員對轉向手柄11的旋轉操作。
Gd＝G0·exp(K0·ω·t)...(Eq.6)應當注意K0是具有K0＝K1·K2的關系的常數。
此外，如等式3所示，在轉向轉矩Td小于預定值T0的情況下預期的橫向加速度Gd被保持為“0”。原因如下。即使轉向角θ為“0”，也就是說即使轉向手柄11保持在中間位置，通過等式2的計算轉向轉矩Td取得正的預定值T0。如果此轉向轉矩Td(＝T0)被應用到等式4的計算，則預期的橫向加速度Gd變成正值C·T0K2，但是這不現實。但是，如果如上所述轉向轉矩Td小于預定值T0，則預期的橫向加速度Gd為“0”，由此可以解決此問題。
假設駕駛員能夠感知的最小轉向轉矩被定義成預定值T0，駕駛員能感知的最小可感覺的橫向加速度被定義成G0，并且預定值T0具有G0＝C·T0K2的關系，則車輛的預期橫向加速度Gd可以被保持為“0”直到轉向轉矩Td取得預定值T0，也就是直到駕駛員感覺到由于轉向手柄11的旋轉操作導致車輛的旋轉由此在車輛上產生的橫向加速度。根據此，僅在用不小于最小轉向轉矩T0的轉矩旋轉轉向手柄11時，左右前輪FW1和FW2被控制成旋轉用于產生預期橫向加速度Gd所需的轉角。此旋轉控制精確地對應于車輛轉向。
接下來說明如何確定用在等式1至6中的參數K1、K2和C(預定值K1、K2和C)。在如何確定參數K1、K2和C的說明中，等式2至6中的轉向轉矩Td和預期橫向加速度Gd被處理成轉向轉矩T和橫向加速度G。根據上述的Weber-Fechner定律，“不管物理量S的值是多少，在此點處，物理量中人能夠感知的最小變化ΔS與物理量S的比率ΔS/S是常數，并且該比率被稱作Weber比率”。本發(fā)明人已經確認轉向轉矩和橫向加速度中建立了Weber-Fechner定律，并且已經對性別、年齡、駕駛經驗等不同的各種類型的人進行了以下的測試，以確定Weber比率。
對于轉向轉矩，轉矩傳感器附裝到車輛的轉向手柄。測試轉矩從外部施加到轉向手柄，并且此測試轉矩以各種方式變化，由此測試人的轉向轉矩調整能力，其中他/她逆著此測試轉矩提供操作力至轉向手柄，用于使得調整不會旋轉轉向手柄。具體地，在前述條件下，假設在一些點處檢測的轉向轉矩被定義為T，并且他/她能夠感知來自檢測的轉向轉矩T的變化的最小轉向轉矩變化量被定義為ΔT，則對各種類型的人測量比率ΔT/T，也就是Weber比率。作為此測試的結果，Weber比率ΔT/T對于各種類型的人通常變成大約為0.03的常數值，而不管轉向手柄的運轉方向、手握持轉向手柄的方式、測試轉矩的幅度或方向等。
用于橫向加速度的測試如下。壁構件設置在駕駛員座位一側，并且用于檢測人的肩的擠壓力的力傳感器附裝到壁構件。人握持轉向手柄，并且人的肩與壁構件上的力傳感器接觸。測試力在相對于人的橫向方向上從外部施加到壁構件，并且測試力以各種方式變化，由此測試人的橫向力調整能力，其中人逆著測試力推壁構件以使得壁構件不移動，也就是說人保持他/她的姿勢。具體地，在前述條件下，假設在人保持他/她的姿勢抵抗外部橫向力的一些點處檢測的力被定義為F，并且他/她能夠感知來自檢測的力F的變化的最小力變化量被定義為ΔF，則對各種類型的人測量比率ΔF/F，也就是Weber比率。作為此測試的結果，Weber比率ΔF/F對于各種類型的人通常變成大約為0.09的常數值，而不管施加到壁構件的參考力的幅度或方向。
另一方面，當等式2微分并且以微分的方程考慮等式2時，建立以下的等式7。
ΔT＝T0·exp(K1·θ)·K1·Δθ＝T·K1·Δθ ...(Eq.7)當等式7變化，并且通過上述測試得到的與轉向轉矩相關的Weber比率ΔT/T被定義為Kt時，建立以下的等式8。
K1＝ΔT/(T·Δθ)＝Kt/Δθ...(Eq.8)此外，假設最大轉向轉矩是Tmax，則從等式2建立以下的等式9。
Tmax＝T0·exp(K1·θmax) ...(Eq.9)改變等式9建立以下的等式10。
K1＝log(Tmax/T0)/θmax ...(Eq.10)然后，從等式8和10得到以下的等式11。
Δθ＝Kt/K1＝Kt·θmax/log(Tmax/T0)...(Eq.11)在此等式11中，Kt是轉向轉矩T的Weber比率，θmax是轉向角的最大值，Tmax是轉向轉矩的最大值，而T0對應于人可以感知的最小轉向轉矩。這些值Kt、θmax、Tmax和T0是由測試和系統確定的常數，使得可以通過使用等式11來計算微分值Δθ。也可以基于等式8通過此微分值Δθ和Weber比率Kt來計算預定值(系數)K1。
當等式4被微分并且以微分的方程考慮等式4時，建立以下的等式12。
ΔG＝C·K2·TK2-1·ΔT＝G·K2·ΔT/T ...(Eq.12)當等式12變化時，通過上述測試得到的與轉向轉矩相關的Weber比率ΔT/T被定義成Kt，并且與橫向加速度相關的Weber比率ΔF/F被定義成Ka，建立以下的等式13和14。
ΔG/G＝K2·ΔT/T ...(Eq.13)K2＝Ka/Kt ...(Eq.14)在等式14中，Kt是與轉向轉矩相關的Weber比率，而Ka是與橫向加速度相關的Weber比率。兩個都給定為常數，使得也可以基于等式14通過使用這些Weber比率Kt和ka來計算系數K2。
假設橫向加速度的最大值是Gmax，并且轉向轉矩的最大值是Tmax，則從等式4得到以下的等式15。
C＝Gmax/TmaxK2...(Eq.15)在等式15中，Gmax和Tmax是由測試和系統確定的常數，并且K2由等式14來計算，使得也可以計算常數(系數)C。
如上所述，通過利用測試和系統確定轉向角θ的最大值θmax、轉向轉矩T的最大值Tmax、橫向加速度G的最大值Gmax、最小轉向轉矩T0、最小可感知的橫向加速度G0、與轉向轉矩相關的Weber比率Kt和與橫向加速度相關的Weber比率Ka，可以通過計算預先確定等式1至5中的系數K1、K2和C。以下將示出通過試驗得到的優(yōu)選數字示例，其中車輛具有2.67m的軸距、θmax＝π/2、Tmax＝3.5Nm、Gmax＝9.8m/s/s、T0＝0.76Nm、G0＝0.1m/s/s、Kt＝0.03并且Ka＝0.09。在這種情況下，K1＝0.17、K2＝3.0、C＝0.23。應當注意，在這種情況下，Δθ＝0.18。由此，可以通過使用等式1至5在位移/轉矩轉換部分41、51以及轉矩/橫向加速度轉換部分52處計算反作用力轉矩Tz、轉向轉矩Td以及預期橫向加速度Gd，這些都適合于駕駛員的感知特性。
再返回到關于圖2的說明，在轉矩/橫向加速度轉換部分52處計算的預期橫向加速度Gd供應至轉角轉換部分53。轉角轉換部分53計算左右前輪FW1和FW2的用于產生預期橫向加速度Gd所需的目標轉角δd。如圖5所示，轉角轉換部分53具有表示目標轉角δd的變化特性的表，目標轉角δd相對于預期的橫向加速度Gd根據車速V變化。該表是通過在車速V被改變時運行車輛并通過預先測量左右前輪FW1和FW2的轉角δ以及橫向加速度G收集的一組數據。轉角轉換部分53引用此表用于計算與輸入的預期橫向加速度Gd和從車速傳感器33輸入的檢測的車速V相對應的目標轉角δd。盡管儲存在表中的橫向加速度G(預期橫向加速度Gd)和目標轉角δd都是正的，但是如果從轉矩/橫向加速度轉換部分52供應的預期橫向加速度Gd是負的，則輸出的目標轉角δd變成負的。
因為目標轉角δd是車速V和橫向加速度G的函數，如以下的等式16所示，所以代替引用該表，也可以通過以下等式16的計算來計算目標轉角δd。
δd＝L·(1+A·V2)·Gd/V2...(Eq.16)在等式16中，L是示出軸距的預先確定的給定值(例如2.67m)，并且A是預先確定的給定值(例如0.00187)。
計算的目標轉角δd供應至旋轉控制部分60的目標轉角校正部分61。目標轉角校正部分61輸入來自轉矩/橫向加速度轉換部分52的預期橫向加速度Gd，還輸入由橫向加速度傳感器34檢測的實際橫向加速度G。其執(zhí)行以下等式17的計算，用于計算校正的目標轉角δda。
δda＝δd+K3·(Gd-G) ...(Eq.17)系數K3是預定的正常數。校正的目標轉角δda的絕對值被校正為在實際橫向加速度G小于預期橫向加速度Gd的情況下增加。此外，校正的目標轉角δda的絕對值被校正為在實際橫向加速度G超過預期橫向加速度Gd的情況下減小。此校正高精度地確保了左右前輪FW1和FW2的用于預期橫向加速度Gd所需的轉角。
計算的校正目標轉角δda供應至驅動控制部分62。驅動控制部分62輸入由轉角傳感器32檢測的實際轉角δ，并反饋控制旋轉致動器21中的電動機的旋轉，使得左右前輪FW1和FW2被旋轉到校正的目標轉角δda。此外，驅動控制部分62還輸入從驅動電路37流到電動機的驅動電流并反饋控制驅動電路37使得具有與旋轉轉矩對應幅度的驅動電流適當地流過電動機。通過旋轉致動器21中的電動機的驅動控制，電動機的旋轉經由旋轉輸出軸22傳遞到齒輪23，由此通過齒輪23在軸向方向上移動齒條24。齒條24在軸向方向上的移動將左右前輪FW1和FW2旋轉到校正的目標轉角δda。
從操作的說明中可以得到，根據第一實施例，作為駕駛員對轉向手柄11的操作輸入值的轉向角θ在位移/轉矩轉換部分51處轉換成轉向轉矩Td。轉換的轉向轉矩Td在轉矩/橫向加速度轉換部分52處轉換成預期的橫向加速度Gd。左右前輪FW1和FW2通過轉角轉換部分53、轉角校正部分61和驅動控制部分62旋轉到用于產生預期的橫向加速度Gd所需的校正的目標轉角δda。在這種情況下，轉向轉矩Td是由于反作用力致動器13的作用使得能夠由駕駛員從轉向手柄11感知的物理量。轉向轉矩Td還以相對于轉向角θ成指數函數的方式變化。由此，駕駛員可以根據人的感知特性旋轉轉向手柄11，同時感覺遵循Weber-Fechner定律的反作用力。此外，由于左右前輪FW1和FW2的旋轉在車輛上產生的實際橫向加速度G也是能夠被感知的物理量，并且控制此實際的橫向加速度G以等于預期的橫向加速度Gd，并且此預期的橫向加速度Gd也以相對于轉向角θ成冪函數的方式變化。由此，駕駛員能夠根據人的感知特性旋轉轉向手柄11，同時感覺遵循Weber-Fechner定律的橫向加速度，由此能夠旋轉車輛。結果，駕駛員能夠操作轉向手柄11使得適應于人的感知特性，由此能夠容易地駕駛車輛。
此外，轉角校正部分61校正目標轉角δd使得在車輛上實際產生的實際橫向加速度G適當地對應于轉向手柄11的轉向角θ，由此在車輛上產生與轉向手柄11的轉向角θ適當對應的實際橫向加速度G。結果，駕駛員能夠旋轉轉向手柄11，同時感覺正好適合于人的感知特性的橫向加速度。因此，更加有助于駕駛車輛。
更具體地說明上述實施例的操作效果，根據前述實施例的車輛轉向設備能夠提供不依賴于車輛特性而根據駕駛員感覺的轉向特性。因此，駕駛員沒有所謂的過多轉向和不足轉向的感覺，使得駕駛員能夠以上至車輛的極限旋轉性能的中性轉向自由地轉向車輛。
此外，當車輛轉彎或者拐彎時，能夠適當地預測相對于轉向手柄11的轉向量產生的橫向加速度，由此駕駛員能夠根據運行環(huán)境適當地轉向車輛。此外，當車輛完成轉彎并返回直路時，可以逐漸減小橫向加速度，使得車輛能夠平穩(wěn)地返回到直行狀態(tài)。由此，駕駛員能夠簡單地轉向車輛并且能夠根據每個駕駛員的意圖轉向車輛，結果是駕駛員和其它乘客不會有由于從車輛開始轉彎到車輛結束轉彎他們的身體搖晃帶來的不舒適的感覺。
此外，通過根據人的感覺的函數來設定車輛轉向特性。只要確定轉向特性的函數不改變，提供給車輛轉向的機構參數中的小變化不會影響駕駛操作。由此，高度保持良好的性能用于諸如輪胎的更換、輪胎的磨損、負載條件等之類的車輛性能的改變。此外，即使用于旋轉轉向手柄11所需的轉向力改變，或者即使轉向手柄11對旋轉操作地旋轉響應改變，也依照人的感覺轉向車輛。由此，即使駕駛員換到設置了具有不同特性的轉向手柄11的車輛，駕駛員能夠駕駛車輛而沒有不適宜的感覺，并且此外，駕駛員迅速地適應車輛的駕駛。
在上述的實施例中，考慮了轉向轉矩Td。但是，如果在轉向角θ處駕駛員旋轉轉向手柄11，則通過使用轉向角θ來確定目標轉角δd，并且左右前輪FW1和FW2旋轉到目標轉角δd。由此，即使提供至轉向手柄11的反作用力轉矩Tz沒有被適當地控制，沒有被適當控制的反作用力轉矩對車輛轉向性能的影響很小。由此，可以簡單地組成用于在轉向手柄11上施加反作用力的機構。
接下來說明的是上述第一實施例的修改示例，其中轉向轉矩T被用作轉向手柄11的操作輸入值。如圖1中的虛線所示，修改的示例設置有轉向轉矩傳感器38，其附裝到轉向輸入軸12用于檢測施加在轉向手柄11上的轉向轉矩T。其它的構造與第一實施例的那些相同，但是由電子控制單元35執(zhí)行的計算機程序略微不同于第一實施例。
在修改的示例中，在表示計算程序的圖2的功能性框圖中，沒有設置位移/轉矩轉換部分51，并且轉矩/橫向加速度轉換部分52通過使用轉向轉矩T而不是轉向轉矩Td執(zhí)行等式3和4的計算來計算預期橫向加速度Gd，其中轉向轉矩T由轉向轉矩傳感器38來檢測，轉向轉矩Td由位移/轉矩轉換部分51來計算。還在這種情況下，預期的橫向加速度Gd可以通過使用圖4所示的表示特性的表來計算，而不通過執(zhí)行等式3和4的計算。由電子控制單元35執(zhí)行的其它程序處理與第一實施例的那些相同。
根據此修改的示例，用作駕駛員對轉向手柄11的操作輸入值的轉向轉矩T通過轉矩/橫向加速度轉換部分52轉換成預期的橫向加速度Gd，由此左右前輪FW1和FW2通過轉角轉換部分53、轉角校正部分61和驅動控制部分62旋轉到用于產生預期的橫向加速度Gd所需的校正的目標轉角δda。還在這種情況下，轉向轉矩T是駕駛員能夠從轉向手柄11感知的物理量，并且預期的橫向加速度Gd也以相對于轉向轉矩T成冪函數的方式變化。由此，駕駛員可以根據人的感知特性旋轉轉向手柄11，同時感覺遵循Weber-Fechner定律的反作用力。由此，還在此修改的示例中，駕駛員能夠根據人的感知特性旋轉轉向手柄11，同時感覺遵循Weber-Fechner定律的反作用力，由此能夠旋轉車輛，類似于第一實施例。因此，預期與第一實施例相同的效果。
此外，第一實施例的車輛轉向控制和修改示例的車輛轉向控制可以轉變。具體地，設置轉向角傳感器31和轉向轉矩傳感器38兩者，其中，在通過使用類似于第一實施例在位移/轉矩轉換部分51處計算的目標轉向轉矩Td計算預期的橫向加速度Gd的情況和通過使用利用轉向轉矩傳感器38檢測的轉向轉矩T計算預期橫向加速度Gd的情況之間進行轉變。在這種情況下，可以根據駕駛員的意圖改變該轉變，或者可以根據車輛運動狀態(tài)自動地改變該轉變。
在前述的第一實施例中，轉角校正部分61根據預期橫向加速度Gd和實際橫向加速度G之間的差異Gd-G來校正目標轉角δd。但是，代替此或者附加于此，轉角校正部分61可以根據預期的橫擺率γd和實際橫擺率γ之間的差異γd-γ來校正目標轉角δd。在這種情況下，通過使用預期橫向加速度Gd和車速V的以下等式18的計算來計算預期橫擺率γd。
γd＝Gd/V ...(Eq.18)校正的目標轉角δda可以基于以下的等式19利用該計算的預期橫擺率γd和通過橫擺率傳感器39檢測的實際橫擺率γ來計算，橫擺率傳感器39由圖1中的虛線示出。
δda＝δd+K4·(γd-γ) ...(Eq.19)系數K4是預定的正常數。在實際橫擺率γ小于預期橫擺率γd的情況下，校正的目標轉角δda的絕對值被校正為增加。此外，在實際橫擺率γ超過預期橫擺率γd的情況下，校正的目標轉角δda的絕對值被校正為減小。此校正以高精度確保了前輪FW1和FW2的用于預期橫擺率γd所需的轉角。
第二實施例接下來說明的是本發(fā)明的第二實施例，其使用橫擺率代替橫向加速度作為第一實施例中的運動狀態(tài)量。在第二實施例中，如圖1中的虛線所示，代替第一實施例中的橫向加速度傳感器34，設置橫擺率傳感器39用于檢測作為駕駛員能夠感知的運動狀態(tài)量的實際橫擺率γ。其它的構造與第一實施例的那些相同，但是由電子控制單元35執(zhí)行的計算機程序略微不同于第一實施例。
在第二實施例中，由電子控制單元35執(zhí)行的計算機程序由圖6的功能性框圖示出。在這種狀態(tài)下，在感覺適應控制部分50處，位移/轉矩轉換部分51以與第一實施例相同的方式工作，并且設置轉矩/橫擺率轉換部分54以替換第一實施例中的轉矩/橫向加速度轉換部分52。
通過使用在位移/轉矩轉換部分51處計算的轉向轉矩Td，如果轉向轉矩Td的絕對值小于正的較小預定值T0，則轉矩/橫擺率轉換部分54將預期的橫擺率γd設定成如以下等式20中所描述的“0”，其中預期的橫擺率是根據駕駛員對轉向手柄11的旋轉操作來預期的，而如果轉向轉矩Td的絕對值不小于正的較小預定值T0，則根據以下等式21計算預期的橫擺率γd。
γd＝0(|Td|＜T0)...(Eq.20)γd＝C·TdK2(T0≤|Td|)...(Eq.21)等式21中的C和K2是常數，類似于第一實施例。等式21中的轉向轉矩Td也代表通過使用等式2計算的轉向轉矩Td的絕對值。因此，如果計算的轉向轉矩Td是正的，則使得常數C為正，而如果計算的轉向轉矩Td是負的，則使得常數C為負，并且其具有與正常數C相等的絕對值。代替等式20和21的計算，也可以通過使用具有圖7所示的預期橫擺率γd相對于轉向轉矩Td的特性并儲存在其中的換算表來計算預期的橫擺率γd。
轉角轉換部分55計算左右前輪FW1和FW2的用于產生計算的預期橫擺率γd所需的目標轉角δd。如圖8所示，轉角轉換部分55具有表示目標轉角δd的特性變化的表，目標轉角δd相對于預期橫擺率γd根據車速V變化。該表是通過在車速V被改變時運行車輛并通過預先測量左右前輪FW1和FW2的轉角δ以及橫擺率γ收集的一組數據。轉角轉換部分55引用此表用于計算與輸入的預期橫擺率γd和從車速傳感器33輸入的檢測的車速V相對應的目標轉角δd。盡管儲存在表中的橫擺率γ(預期橫擺率γd)和目標轉角δd都是正的，但是如果從轉矩/橫擺率轉換部分54供應的預期橫擺率γd是負的，則輸出的目標轉角δd變成負的。
因為目標轉角δd是車速V和橫擺率γ的函數，如以下的等式22所示，所以代替引用該表，也可以通過以下等式22的計算來計算目標轉角δd。
δd＝L·(1+A·V2)·γd/V ...(Eq.22)在等式22中，L是示出軸距的預先確定的給定值(例如2.67m)，并且A是預先確定的給定值(例如0.00187)。
計算的目標轉角δd供應至旋轉控制部分60的目標轉角校正部分63。目標轉角校正部分63輸入來自轉矩/橫擺率轉換部分54的預期橫擺率γd，還輸入由橫擺率傳感器34檢測的實際橫擺率γ。其執(zhí)行以下等式23的計算，用于校正輸入的目標轉角δd并計算校正的目標轉角δda。
δda＝δd+K4·(γd-γ) ...(Eq.23)系數K4是預定的正常數。校正的目標轉角δda的絕對值被校正為在實際橫擺率γ小于預期橫擺率γd的情況下增加。此外，校正的目標轉角δda的絕對值被校正為在實際橫擺率γ超過預期橫擺率γd的情況下減小。此校正高精度地確保了左右前輪FW1和FW2的用于預期橫擺率γd所需的轉角。
由電子控制單元35執(zhí)行的其它程序處理與上述第一實施例的那些相同。因此，與第一實施例中的圖2的那些相同的參考標號提供至圖6的功能性框圖，用于省略其詳細描述。
還在此第二實施例中，用作駕駛員對轉向手柄11的操作輸入值的轉向角θ在位移/轉矩轉換部分51處轉換成轉向轉矩Td。轉換的轉向轉矩Td在轉矩/橫擺率轉換部分54處轉換成預期的橫擺率γd。左右前輪FW1和FW2通過轉角轉換部分55、轉角校正部分63和驅動控制部分62旋轉到用于產生預期的橫擺率γd所需的校正的目標轉角δda。在這種情況下，轉向轉矩Td是由于反作用力致動器13的作用使得能夠由駕駛員從轉向手柄11感知的物理量。轉向轉矩Td還以相對于轉向角θ成指數函數的方式變化。由此，駕駛員可以根據人的感知特性旋轉轉向手柄11，同時感覺遵循Weber-Fechner定律的反作用力。此外，由于左右前輪FW1和FW2的旋轉在車輛上產生的實際橫擺率γ也是能夠被感知的物理量，并且控制此實際的橫擺率γ以等于預期的橫擺率γd，并且此預期的橫擺率γd也以相對于轉向角θ成冪函數的方式變化。由此，駕駛員能夠根據人的感知特性旋轉轉向手柄11，同時感覺遵循Weber-Fechner定律的橫擺率，由此能夠旋轉車輛。結果，駕駛員能夠操作轉向手柄11使得適應于人的感知特性，類似于第一實施例，由此能夠容易地駕駛車輛。
此外，轉角校正部分63校正目標轉角δd使得在車輛上實際產生的實際橫擺率γ適當地對應于轉向手柄11的轉向角θ，由此在車輛上產生與轉向手柄11的轉向角θ適當對應的實際橫擺率γ。結果，駕駛員能夠旋轉轉向手柄11，同時感覺正好適合于人的感知特性的橫擺率。因此，更加有助于駕駛車輛。此外，除了用橫擺率替換第一實施例中的橫向加速度，操作的特定效果與第一實施例的那些相同。
第二實施例可以被修改成利用轉向轉矩T作為轉向手柄11的操作輸入值，類似于前述的第一實施例。如圖1中的虛線所示，此修改的示例設置有轉向轉矩傳感器38，其附裝到轉向輸入軸12用于檢測施加在轉向手柄11上的轉向轉矩T。沒有設置位移/轉矩轉換部分51，并且轉矩/橫擺率轉換部分54通過使用轉向轉矩T而不是轉向轉矩Td執(zhí)行等式20和21的計算來計算預期橫擺率γd，其中轉向轉矩T由轉向轉矩傳感器38來檢測，轉向轉矩Td由位移/轉矩轉換部分51來計算。還在這種情況下，預期的橫擺率γd可以通過使用圖7所示的表示特性的表來計算，而不通過執(zhí)行等式20和21的計算。由電子控制單元35執(zhí)行的其它程序處理與第二實施例的那些相同。
根據此修改的示例，用作駕駛員輸入到轉向手柄11的操作輸入值的轉向轉矩T通過轉矩/橫擺率轉換部分54轉換成預期的橫擺率γd，由此左右前輪FW1和FW2通過轉角轉換部分55、轉角校正部分63和驅動控制部分62旋轉到用于產生預期的橫擺率γd所需的校正的目標轉角δda。還在這種情況下，轉向轉矩T是駕駛員能夠從轉向手柄11感知的物理量，并且預期的橫擺率γd也以相對于轉向轉矩T成冪函數的方式變化。由此，駕駛員可以根據人的感知特性旋轉轉向手柄11，同時感覺遵循Weber-Fechner定律的反作用力。由此，還在此修改的示例中，駕駛員能夠根據人的感知特性旋轉轉向手柄11，同時感覺遵循Weber-Fechner定律的橫擺率，由此能夠旋轉車輛，類似于第二實施例。因此，預期與第二實施例相同的效果。
此外，第二實施例的車輛轉向控制和修改示例的車輛轉向控制可以轉變。具體地，設置轉向角傳感器31和轉向轉矩傳感器38兩者，其中，在通過使用類似于第二實施例在位移/轉矩轉換部分51處計算的目標轉向轉矩Td計算預期的橫擺率γd的情況和通過使用利用轉向轉矩傳感器38檢測的轉向轉矩T計算預期橫擺率γd的情況之間進行轉變。在這種情況下，可以根據駕駛員的意圖改變該轉變，或者可以根據車輛運動狀態(tài)自動地改變該轉變。
在前述的第二實施例中，轉角校正部分63根據預期橫擺率γd和實際橫擺率γ之間的差異γd-γ來校正目標轉角δd。但是，代替此或者附加于此，轉角校正部分61可以根據預期的橫向加速度Gd和實際橫向加速度G之間的差異Gd-G來校正目標轉角δd。在這種情況下，通過使用預期橫擺率γd和車速V的以下等式24的計算來計算預期橫向加速度Gd。
Gd＝γd·V ...(Eq.24)校正的目標轉角δda可以基于以下的等式25利用該計算的預期橫向加速度Gd和通過新設置的橫向加速度傳感器34(見圖1)檢測的實際橫向加速度G來計算。
δda＝δd+K3·(Gd-G) ...(Eq.25)系數K3是預定的正常數。在實際橫向加速度G小于預期橫向加速度Gd的情況下，校正的目標轉角δda的絕對值被校正為增加。此外，在實際橫向加速度G超過預期橫向加速度Gd的情況下，校正的目標轉角δda的絕對值被校正為減小。此校正以高精度確保了前輪FW1和FW2的用于預橫向加速度Gd所需的轉角。
第三實施例接下來說明的是本發(fā)明的第三實施例，其使用轉彎曲率代替橫向加速度作為第一實施例中的運動狀態(tài)量。第三實施例是以與圖1所示的第一實施例相同的方式來構造的。由電子控制單元35執(zhí)行的計算機程序略微不同于第一實施例。
在第三實施例中，由電子控制單元35執(zhí)行的計算機程序由圖9的功能性框圖示出。在這種情況下，在感覺適應控制部分50處，位移/轉矩轉換部分51以與第一實施例相同的方式工作，并且設置轉矩/曲率轉換部分56以替換第一實施例中的轉矩/橫向加速度轉換部分52。
通過使用在位移/轉矩轉換部分51處計算的轉向轉矩Td，如果轉向轉矩Td的絕對值小于正的較小預定值T0，則轉矩/曲率轉換部分56將預期的轉彎曲率ρd設定成如以下等式26中所描述的“0”，其中預期的轉彎曲率是根據駕駛員對轉向手柄11的旋轉操作來預期的，而如果轉向轉矩Td的絕對值不小于正的較小預定值T0，則根據以下等式27計算預期的轉彎曲率ρd。
ρd＝0(|Td|＜T0) ...(Eq.26)ρd＝C·TdK2(T0≤|Td|) ...(Eq.27)等式27中的C和K2是常數，類似于第一實施例。等式27中的轉向轉矩Td也代表通過使用等式2計算的轉向轉矩Td的絕對值。因此，如果計算的轉向轉矩Td是正的，則使得常數C為正，而如果計算的轉向轉矩Td是負的，則使得常數C為負，并且其具有與正常數C相等的絕對值。代替等式26和27的計算，也可以通過使用具有圖10所示的預期轉彎曲率ρd相對于轉向轉矩Td的特性并儲存在其中的換算表來計算預期的轉彎曲率ρd。
轉角轉換部分57計算左右前輪FW1和FW2的用于產生計算的預期轉彎曲率ρd所需的目標轉角δd。如圖11所示，轉角轉換部分57具有表示目標轉角δd的特性變化的表，目標轉角δd相對于預期轉彎曲率ρd根據車速V變化。該表是通過在車速V被改變時運行車輛并通過預先測量左右前輪FW1和FW2的轉角δ以及轉彎曲率ρ收集的一組數據。轉角轉換部分57引用此表用于計算與輸入的預期轉彎曲率ρd和從車速傳感器33輸入的檢測的車速V相對應的目標轉角δd。盡管儲存在表中的轉彎曲率ρ(預期轉彎曲率ρd)和目標轉角δd都是正的，但是如果從轉矩/曲率轉換部分56供應的預期轉彎曲率ρd是負的，則輸出的目標轉角δd變成負的。
因為目標轉角δd是車速V和轉彎曲率ρ的函數，如以下的等式28所示，所以代替引用該表，也可以通過以下等式28的計算來計算目標轉角δd。
δd＝L·(1+A·V2)·ρd ...(Eq.28)在等式28中，L是示出軸距的預先確定的給定值(例如2.67m)，并且A是預先確定的給定值(例如0.00187)。
計算的目標轉角δd供應至旋轉控制部分60的轉角校正部分64。轉角校正部分64輸入來自轉矩/曲率轉換部分56的預期轉彎曲率ρd，還輸入來自曲率計算部分65的實際轉彎曲率ρ。曲率計算部分65利用由橫向加速度傳感器34檢測的橫向加速度G或者由橫擺率傳感器39檢測的橫擺率γ以及由車速傳感器33檢測的車速V，用于執(zhí)行以下等式29的計算，以計算實際的轉彎曲率ρ并輸入結果至轉角校正部分64。
ρ＝G/V2或ρ＝γ/V ...(Eq.29)轉角校正部分64執(zhí)行以下等式30的計算，用于校正輸入的目標轉角δd并計算校正的目標轉角δda。
δda＝δd+K5·(ρd-ρ)...(Eq.30)系數K5是預定的正常數。校正的目標轉角δda的絕對值被校正為在實際轉彎曲率ρ小于預期轉彎曲率ρd的情況下增加。此外，校正的目標轉角δda的絕對值被校正為在實際轉彎曲率ρ超過預期轉彎曲率ρd的情況下減小。此校正高精度地確保了左右前輪FW1和FW2的用于預期轉彎曲率ρd所需的轉角。
由電子控制單元35執(zhí)行的其它程序處理與上述第一實施例的那些相同。因此，與第一實施例中的圖2的那些相同的參考標號提供至圖9的功能性框圖，用于省略其詳細描述。
還在此第三實施例中，作為駕駛員對轉向手柄11的操作輸入值的轉向角θ在位移/轉矩轉換部分51處轉換成轉向轉矩Td。轉換的轉向轉矩Td在轉矩/曲率轉換部分56處轉換成預期的轉彎曲率ρd。左右前輪FW1和FW2通過轉角轉換部分57、轉角校正部分64和驅動控制部分62旋轉到用于產生預期的轉彎曲率ρd所需的校正的目標轉角δda。在這種情況下，轉向轉矩Td是由于反作用力致動器13的作用使得能夠由駕駛員從轉向手柄11感知的物理量。轉向轉矩Td還以相對于轉向角θ成指數函數的方式變化。由此，駕駛員可以根據人的感知特性旋轉轉向手柄11，同時感覺遵循Weber-Fechner定律的反作用力。此外，由于左右前輪FW1和FW2的旋轉在車輛上產生的轉彎曲率也是能夠被視覺感知的物理量，并且控制此轉彎曲率ρ以等于預期的轉彎曲率ρd，并且此預期的轉彎曲率ρd也以相對于轉向角θ成冪函數的方式變化。由此，駕駛員能夠根據人的感知特性旋轉轉向手柄11，同時感覺遵循Weber-Fechner定律的轉彎曲率，由此能夠旋轉車輛。結果，駕駛員能夠操作轉向手柄11使得適應于人的感知特性，類似于第一實施例，由此能夠容易地駕駛車輛。
此外，轉角校正部分64校正目標轉角δd使得在車輛上實際產生的實際轉彎曲率ρ適當地對應于轉向手柄11的轉向角θ，由此車輛以與轉向手柄11的轉向角θ適當對應的實際轉彎曲率ρ轉彎。結果，駕駛員能夠旋轉轉向手柄11，同時感覺正好適合于人的感知特性的轉彎曲率。因此，更加有助于駕駛車輛。此外，除了用轉彎曲率替換第一實施例中的橫向加速度，操作的特定效果與第一實施例的那些相同。
第三實施例可以被修改成利用轉向轉矩T作為轉向手柄11的操作輸入值，類似于前述的第一實施例。如圖1中的虛線所示，此修改的示例設置有轉向轉矩傳感器38，其附裝到轉向輸入軸12用于檢測施加在轉向手柄11上的轉向轉矩T。沒有設置位移/轉矩轉換部分51，并且轉矩/曲率轉換部分56通過使用轉向轉矩T而不是轉向轉矩Td執(zhí)行等式26和27的計算來計算預期轉彎曲率ρd，其中轉向轉矩T由轉向轉矩傳感器38來檢測，轉向轉矩Td由位移/轉矩轉換部分51來計算。還在這種情況下，預期的轉彎曲率ρd可以通過使用圖10所示的表示特性的表來計算，而不通過執(zhí)行等式26和27的計算。由電子控制單元35執(zhí)行的其它程序處理與第三根據此修改的示例，用作駕駛員輸入到轉向手柄11的操作輸入值的轉向轉矩T通過轉矩/曲率轉換部分56轉換成預期的轉彎曲率ρd，由此左右前輪FW1和FW2通過轉角轉換部分57、轉角校正部分64和驅動控制部分62旋轉到用于產生預期的轉彎曲率ρd所需的校正的目標轉角δda。還在這種情況下，轉向轉矩T是駕駛員能夠從轉向手柄11感知的物理量，并且預期的轉彎曲率ρd也以相對于轉向轉矩T成冪函數的方式變化。由此，駕駛員可以根據人的感知特性旋轉轉向手柄11，同時感覺遵循Weber-Fechner定律的反作用力。由此，還在此修改的示例中，駕駛員能夠根據人的感知特性旋轉轉向手柄11，同時感覺遵循Weber-Fechner定律的轉彎曲率，由此能夠旋轉車輛，類似于第三實施例。因此，預期與第三此外，第三實施例的車輛轉向控制和修改示例的車輛轉向控制可以轉變。具體地，設置轉向角傳感器31和轉向轉矩傳感器38兩者，其中，在通過使用類似于第三實施例在位移/轉矩轉換部分51處計算的目標轉向轉矩Td計算預期的轉彎曲率ρd的情況和通過使用利用轉向轉矩傳感器38檢測的轉向轉矩T計算預期轉彎曲率ρd的情況之間進行轉變。在這種情況下，可以根據駕駛員的意圖改變該轉變，或者可以根據車輛運動狀態(tài)自動地改變該轉變。
在前述的第三實施例中，轉角校正部分64根據預期轉彎曲率ρd和實際轉彎曲率ρ之間的差異ρd-ρ來校正目標轉角δd。但是，代替此或者附加于此，轉角校正部分61可以根據預期的橫向加速度Gd和實際橫向加速度G之間的差異Gd-G來校正目標轉角δd。在這種情況下，通過使用預期轉彎曲率ρd和車速V的以下等式31的計算來計算預期橫向加速度Gd。
Gd＝ρd·V2...(Eq.31)此外，類似于第二實施例，轉角校正部分61可以根據預期的橫擺率γd和實際橫擺率γ之間的差異γd-γ來校正目標轉角δd。在這種情況下，通過使用預期轉彎曲率ρd和車速V的以下等式32的計算來計算預期橫擺率γd。
γd＝ρd·V ...(Eq.32)其它修改的示例本發(fā)明不限于第一至第三實施例以及它們的修改示例，并且在不脫離本發(fā)明精神的情況下可以進行各種修改。
例如，被旋轉用于車輛轉向的轉向手柄11用在第一至第三實施例以及它們的修改示例中。但是，代替此，可以使用線形布置的操縱桿式轉向手柄，或者可以是用任何其它的轉向手柄，只要它們由駕駛員操作并且可以指令以轉向車輛。
在第一至第三實施例以及它們的修改示例中，旋轉輸出軸22通過使用旋轉致動器21來旋轉，由此旋轉左右前輪FW1和FW2。但是，代替此，可以通過使用旋轉致動器13線形地移動齒條24來旋轉左右前輪FW1和FW2。
此外，在第一和第二實施例以及它們的修改示例中，橫向加速度、橫擺率或轉彎曲率獨立用作人能夠感知的車輛運行狀態(tài)量。但是，車輛運行狀態(tài)量通過駕駛員的選擇操作來轉變或根據車輛運行狀態(tài)自動轉變，以由此進行車輛轉向控制。在根據車輛運行狀態(tài)進行自動轉變的情況下，當車輛以低速運行時(例如小于40Km/h)，轉彎曲率可以用作運行狀態(tài)量，當車輛以中速運行時(例如不小于40Km/h且小于100Km/h)，橫擺率可以用作運行狀態(tài)量，并且當車輛以高速運行時(例如不小于100Km/h)，橫向加速度可以用作運行狀態(tài)量。這達到了根據車速進行合適的車輛轉向控制。因此，更加有助于駕駛車輛。
權利要求
1.一種線控轉向系統的車輛轉向設備，設置有由駕駛員操作用于車輛轉向的轉向手柄、用于旋轉轉向輪的旋轉致動器、以及根據所述轉向手柄上的操作驅動并控制所述旋轉致動器用于旋轉所述轉向輪的旋轉控制裝置，其中所述旋轉控制裝置包括操作輸入值檢測裝置，其檢測駕駛員對所述轉向手柄的操作輸入值；運行狀態(tài)量計算裝置，其通過使用所述檢測的操作輸入值來計算車輛的預期運行狀態(tài)量，其中車輛的所述預期運行狀態(tài)量表示車輛運行狀態(tài)，其與車輛轉彎相關并能夠由駕駛員感知，并且所述預期運行狀態(tài)量與對所述轉向手柄的所述操作輸入值成指數函數的預定關系或者冪函數的預定關系；轉角計算裝置，其通過使用所述計算的預期運行狀態(tài)量來計算使車輛以所述計算的預期運行狀態(tài)量移動所需的所述轉向輪的轉角；以及旋轉控制工具，其根據所述計算的轉角控制所述旋轉致動器，用于使所述轉向輪旋轉到所述計算的轉角。
2.根據權利要求1所述的線控轉向系統的車輛轉向設備，其中所述操作輸入值檢測裝置由檢測所述轉向手柄的位移量的位移量傳感器組成，并且所述運行狀態(tài)量計算裝置由操作力轉換裝置和運行狀態(tài)量轉換裝置組成，其中所述操作力轉換裝置將所述檢測的位移量轉換成施加在所述轉向手柄上的操作力，所述運行狀態(tài)量轉換裝置將所述轉換的操作力轉換成預期運行狀態(tài)量。
3.根據權利要求2所述的線控轉向系統的車輛轉向設備，其中所述操作力轉換裝置通過使用指數函數將所述檢測的位移量轉換成施加到所述轉向手柄的操作力，并且所述運行狀態(tài)量轉換裝置通過使用冪函數將所述轉換的操作力轉換成預期運行狀態(tài)量。
4.根據權利要求3所述的線控轉向系統的車輛轉向設備，其中當所述轉換的操作力小于預定值時，所述運行狀態(tài)量轉換裝置將所述預期運行狀態(tài)量設定成“0”，并且當所述轉換的操作力不小于所述預定值時，所述運行狀態(tài)量轉換裝置通過使用冪函數將所述轉換的操作力轉換成預期運行狀態(tài)量。
5.根據權利要求4所述的線控轉向系統的車輛轉向設備，其中當所述檢測的位移量為“0”時，所述操作力轉換裝置將施加到所述轉向手柄的所述操作力設定成所述預定值。
6.根據權利要求2至5中任一項所述的線控轉向系統的車輛轉向設備，其中所述轉向手柄的所述位移量是所述轉向手柄的轉向角。
7.根據權利要求1所述的線控轉向系統的車輛轉向設備，其中所述操作輸入值檢測裝置由檢測施加到所述轉向手柄的所述操作力的操作力傳感器組成，并且所述運行狀態(tài)量計算裝置由將所述檢測的操作力轉換成預期運行狀態(tài)量的運行狀態(tài)量轉換裝置組成。
8.根據權利要求7所述的線控轉向系統的車輛轉向設備，其中所述運行狀態(tài)量轉換裝置通過使用冪函數將所述檢測的操作力轉換成預期運行狀態(tài)量。
9.根據權利要求8所述的線控轉向系統的車輛轉向設備，其中當所述檢測的操作力小于預定值時，所述運行狀態(tài)量轉換裝置將所述預期運行狀態(tài)量設定成“0”，并且當所述檢測的操作力不小于所述預定值時，所述運行狀態(tài)量轉換裝置通過使用冪函數將所述檢測的操作力轉換成預期運行狀態(tài)量。
10.根據權利要求7至9中任一項所述的線控轉向系統的車輛轉向設備，其中施加至所述轉向手柄的所述操作力是轉向轉矩。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的線控轉向系統的車輛轉向設備，還包括運行狀態(tài)量檢測裝置，其檢測實際的運行狀態(tài)量，所述實際的運行狀態(tài)量與所述計算的預期運行狀態(tài)量類型相同并且表示車輛的實際運行狀態(tài)；以及校正裝置，其根據所述計算的預期運行狀態(tài)量和所述檢測的實際運行狀態(tài)量之間的差異校正所述計算的轉角。
12.根據權利要求1至11中任一項所述的線控轉向系統的車輛轉向設備，其中所述預期運行狀態(tài)量是車輛橫向加速度、車輛橫擺率以及車輛轉彎曲率中的一種。
13.根據權利要求1至12中任一項所述的線控轉向系統的車輛轉向設備，其中所述運行狀態(tài)量檢測裝置選擇性地使用多種類型預期運行狀態(tài)量中的任意一種作為所述預期運行狀態(tài)量。
14.根據權利要求1至13中任一項所述的線控轉向系統的車輛轉向設備，還包括反作用力裝置，其對所述轉向手柄的操作施加反作用力。
15.根據權利要求14所述的線控轉向系統的車輛轉向設備，其中所述反作用力裝置對所述轉向手柄的操作施加反作用力，所述反作用力是通過以指數函數的方式轉換所述轉向手柄的所述位移量得到的。
全文摘要
一種用于使用線控轉向系統的車輛的轉向設備，其中前輪被計算機程序處理控制并旋轉。位移－轉矩轉換部分(51)將轉向角(θ)以指數關系轉換成轉向轉矩(Td)。轉矩－橫向加速度轉換部分(52)將轉向轉矩(Td)轉換成預期橫向加速度(Gd)(或預期橫擺率(γd)、預期轉彎曲率(ρd))作為車輛的運行狀態(tài)量，橫向加速度(Gd)成冪律關系并能夠被人感覺到。轉角轉換部分(53)計算用于使車輛以預期橫向加速度(Gd)(或預期橫擺率(γd)、預期轉彎曲率(ρd))移動所需的目標轉角(δd)。旋轉控制部分(60)控制轉向輪至目標轉角(δd)。因為駕駛員在感覺橫向加速度時進行轉向操作，所以有助于車輛的操作。
文檔編號B62D5/04GK1902080SQ200480039920
公開日2007年1月24日 申請日期2004年12月16日 優(yōu)先權日2004年1月7日
發(fā)明者后藤武志, 黑沢隆一, 十津憲司, 山田大介 申請人:豐田自動車株式會社