CN1902080A - 车辆转向设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于使用线控转向***的车辆的转向设备，其中前轮被计算机程序处理控制并旋转。位移－转矩转换部分(51)将转向角(θ)以指数关系转换成转向转矩(Td)。转矩－横向加速度转换部分(52)将转向转矩(Td)转换成预期横向加速度(Gd)(或预期横摆率(γd)、预期转弯曲率(ρd))作为车辆的运行状态量，横向加速度(Gd)成幂律关系并能够被人感觉到。转角转换部分(53)计算用于使车辆以预期横向加速度(Gd)(或预期横摆率(γd)、预期转弯曲率(ρd))移动所需的目标转角(δd)。旋转控制部分(60)控制转向轮至目标转角(δd)。因为驾驶员在感觉横向加速度时进行转向操作，所以有助于车辆的操作。

Description

车辆转向设备
技术领域
本发明涉及线控转向***的车辆转向设备，其设置有由驾驶员操作的转向手柄用于车辆转向、用于旋转转向轮的旋转致动器、以及根据对转向手柄的操作来驱动和控制旋转致动器以用于旋转转向轮的旋转控制装置。
背景技术
目前，已经积极地开发了此种类型线控转向***的转向设备。例如，日本未审查专利申请No.2000-85604公开了一种转向设备，其检测转向角和车速、计算随着转向角增大而减小并且随着车速增大而增大的传动比、通过用传动比划分转向角来计算前轮的转角(齿条轴的位移量)、并将前轮旋转到计算的转角。在此转向设备中，根据通过时间微分检测的手柄转向角获得的转向速度来校正计算的转角，由此增强转向响应并跟踪前轮的性能。此外，通过使用检测的车速和检测的手柄转向角来计算目标横摆率，并且根据计算的目标横摆率和检测的实际横摆率之间的差异来校正计算的转角，由此实现考虑了车辆性能的转弯控制。
日本未审查的专利申请No.HEI11(1999)-124047公开了一种转向设备，其检测转向转矩和手柄转向角、计算随着转向转矩和手柄转向角的增加而增加的两个转角、并将前轮旋转到通过增加这些计算的转角得到的转角。在此转向设备中，还检测车速，其中通过此检测的车速来校正两个转角，由此根据车速改变转弯特性。
传统的两种设备检测转向角和转向转矩，它们是驾驶员对转向手枘的用于车辆转向的操作输入值，通过使用这些检测的转向角和转向转矩来直接计算前轮的转角，并将前轮旋转到计算的转角。但是，尽管转向手柄和转向轮之间的机械连接被放开，但是前轮的这些旋转控制在基础的技术概念上完全相同，其中从前轮相对于转向手柄的操作的转向方法的角度来看，前轮的转角被确定成与转向手柄的转向位置和转向力相对应。前轮的转角未被确定成通过这些旋转方法与人的感觉特性相对应，使得驾驶员有时很难驾驶车辆。
具体地，在传统的设备中，不能被驾驶员感知的转角被直接确定以对应于转向手柄的操作，并且通过根据转向角旋转前轮来旋转车辆。驾驶员用触觉或视觉感知车辆的由车辆转弯引起的横向加速度、横摆率以及转弯曲率，并将它们反馈到转向手柄的操作用于以需要的方式旋转车辆。换言之，相对于驾驶员对转向手柄的操作，前轮的转角是人不能感知的物理量。因此，相对于驾驶员的转向操作直接确定的转角未被确定成适于驾驶员的感知特性。这使得驾驶员很难驾驶车辆。
在传统的设备中，根据目标横摆率之间的差异来校正确定的转角，其中目标横摆率是通过使用检测的车速和检测的手柄转向角以及检测的实际横摆率来计算的。这仅是考虑了车辆性能的转角的校正，使得未根据驾驶员通过对转向手柄的操作所感知的横摆率来确定转角。由此，还在这种情况下，相对于驾驶员的转向操作确定的转角未被确定成适于驾驶员的感知特性，由此这使得驾驶员很难驾驶车辆。
发明内容
为了解决前述问题，本发明人已经针对能够相对于驾驶员对转向手柄的操作根据人的感知特性来转向车辆的车辆转向设备进行了研究。对于上述的人的感知特性来说，Weber-Fechner定律表明人的感知量与给定刺激的物理量的对数成比例。换言之，在操作量是位移的情况下，如果相对于人的操作量提供给人的刺激的物理量以指数函数的方式变化，或者在操作量是转矩的情况下，如果前述物理量以幂函数的方式变化，则操作量和物理量之间的关系可以适合于人的感知特性。本发明人已经根据应用Weber-Fechner定律至车辆转向操作的结果发现如下情况。
通过驱动车辆，车辆通过转向手柄上的操作转弯。车辆转弯改变了诸如横向加速度、横摆率、转弯曲率等之类的车辆运行状态量。驾驶员以触觉或视觉感知此车辆运行状态量。因此，如果驾驶员能够感知的车辆运行状态量相对于驾驶员对转向手柄的操作以指数函数或幂函数的方式改变，则他/她能够通过操作转向手柄以适合于感知特性来驾驶车辆。
本发明基于上述发现，并且目的在于提供一种车辆转向设备，其中通过驾驶员对转向手柄的操作转向车辆以适于人的感知特性，由此容易地驾驶车辆。
为了达到前述目的，本发明特征在于：在线控转向***的车辆转向设备中，其中设置有由驾驶员操作的转向手柄用于车辆转向、用于旋转转向轮的旋转致动器、以及根据所述转向手柄上的操作驱动并控制所述旋转致动器用于旋转所述转向轮的旋转控制装置，其中所述旋转控制装置包括：操作输入值检测装置，其检测驾驶员对所述转向手柄的操作输入值；运行状态量计算装置，其通过使用所述检测的操作输入值来计算车辆的预期运行状态量，其中车辆的所述预期运行状态量表示车辆运行状态，其与车辆转弯相关并能够由驾驶员感知，并且所述预期运行状态量与所述转向手柄的所述操作输入值成指数函数的预定关系或者幂函数的预定关系；转角计算装置，其通过使用所述计算的预期运行状态量来计算转向轮的用于使车辆以所述计算的预期运行状态量移动所需的转角；以及旋转控制工具，其根据所述计算的转角控制所述旋转致动器，用于使所述转向轮旋转到所述计算的转角。
在这种情况下，所述预期运行状态量是例如车辆横向加速度、车辆横摆率或车辆转弯曲率中的至少一种。在所述车辆转向设备中，还可以设置用于施加反作用力至所述转向手柄的操作的反作用力装置。
此外，所述操作输入值检测装置可以由检测所述转向手柄的位移量的位移量传感器组成。在这种情况下，所述运行状态量计算装置可以由操作力转换装置和运行状态量转换装置组成，其中所述操作力转换装置将所述检测的位移量转换成施加在转向手柄上的操作力，所述运行状态量转换装置将所述转换的操作力转换成预期运行状态量。所述操作力转换装置可以将所述位移量转换成与所述位移量成指数函数关系的操作力，而所述运行状态量转换装置可以将所述操作力转换成与所述操作力成指数函数关系的预期运行状态量。
所述操作输入值检测装置例如可以由检测施加到所述转向手柄的所述操作力的操作力传感器组成。在这种情况下，所述运行状态量计算装置可以由将所述检测的操作力转换成预期运行状态量的运行状态量转换装置组成。所述运行状态量转换装置可以将所述操作力转换成与所述操作力成幂函数关系的预期运行状态量。
在具有前述构造的本发明中，驾驶员对所述转向手柄的操作输入值首先被转换成与车辆转弯相关的车辆预期运行状态量(横向加速度、横摆率、转弯曲率等)，其可以被驾驶员感觉到，并与所述转向手柄的所述操作输入值成指数函数的预定关系或幂函数的预定关系。然后，基于所述转换的预期运行状态量计算所述转向轮的用于使车辆以所述预期运行状态量移动所需的转角，并且所述转向轮被旋转到所述计算的转角。因此，当通过所述转向轮的旋转来转动车辆时，所述预期运行状态量被提供至驾驶员作为遵循Weber-Fechner定律的“给定刺激的物理量”。因为所述预期运行状态量以相对于所述转向手柄的操作输入值成指数函数或幂函数的方式变化，所以驾驶员能够根据感知适合于人的感知特性的运动状态量来旋转所述转向手柄。驾驶员能够通过接触车辆中的各个部分触觉地感知横向加速度和横摆率。驾驶员能够通过车辆视觉区域内的条件来视觉感知转弯曲率。结果，驾驶员能够旋转所述转向手柄以适于人的感知特性，由此驾驶员能够容易地驾驶车辆。
本发明的另一个特征在于，除了前述的构造，本发明设置有运行状态量检测装置，其检测实际的运行状态量，所述实际的运行状态量与所述计算的预期运行状态量类型相同并且表示车辆的实际运行状态；以及校正装置，其根据所述计算的预期运行状态量和所述检测的实际运行状态量之间的差异校正所述计算的转角。这允许将所述转向轮恰好旋转到用于使车辆以所述计算的预期运行状态量驾驶所需的转角。结果，驾驶员能够操作所述转向手柄，同时感知刚好适于人的感知特性的所述运行状态量，由此更有助于驾驶车辆。
附图说明
图1是本发明第一至第三实施例共同的车辆转向设备的示意图；
图2是功能性地示出根据第一实施例由图1的电子控制单元执行的计算机程序处理的功能性结构图；
图3是示出转向角和转向转矩之间关系的曲线图；
图4是示出转向转矩和预期横向加速度之间关系的曲线图；
图5是示出预期横向加速度和目标转角之间关系的曲线图；
图6是功能性地示出根据第二实施例由图1的电子控制单元执行的计算机程序处理的功能性结构图；
图7是示出转向转矩和预期横摆率之间关系的曲线图；
图8是示出预期横摆率和目标转角之间关系的曲线图；
图9是功能性地示出根据第三实施例由图1的电子控制单元执行的计算机程序处理的功能性结构图；
图10是示出转向转矩和预期转弯曲率之间关系的曲线图；
图11是示出预期转弯曲率和目标转角之间关系的曲线图。
具体实施方式
第一实施例
以下将参考附图说明根据本发明第一实施例的车辆转向设备。图1是示意性地示出根据第一实施例的车辆转向设备的示意图。
转向设备设置有转向手柄11作为由驾驶员旋转的操作部分，用于使作为转向轮的左右前轮FW1和FW2转向。转向手柄11固定到转向输入轴12的上端。转向输入轴12的下端连接至由电动机和减速机构组成的反作用力致动器13。反作用力致动器13对驾驶员向转向手柄11的旋转操作施加反作用力。
转向设备还设置有由电动机和减速机构组成的旋转致动器21。来自旋转致动器21的旋转力经由旋转输出轴22、齿轮23和齿条24传递到左右前轮FW1和FW2。根据此构造，来自旋转致动器21的旋转力经由旋转输出轴22传递至齿轮23，由此齿轮23的旋转使齿条24在轴向方向上移动。齿条24在轴向方向上的移动允许朝右或朝左旋转左右前轮FW1和FW2。
接下来说明的是用于控制反作用力致动器13和旋转致动器21的转动的电子控制器。电子控制器具有转向角传感器31、转向角传感器32、车速传感器33和横向加速度传感器34。
转向角传感器31附装到转向输入轴12。其检测转向手柄11从中间位置的转角并将检测的角度输出作为转向角θ。转向角传感器32附装到转向输出轴22。其检测转向输出轴22从中间位置的转角并将检测的角度输出作为实际的转角δ(对应于左右前轮FW1和FW2的转角)。应当注意转向角θ和实际转角δ将中间位置定义为“0”来表示，使得向左方向上的转角由正值表示，而向右方向上的转角由负值表示。车速传感器33检测车速V并输出检测的速度。横向加速度传感器34检测车辆的实际横向加速度G并输出结果。实际的横向加速度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负值表示。
这些传感器31至34连接至电子控制单元35。电子控制单元35具有作为主要部件的微型计算机，其由CPU、ROM、RAM等组成。电子控制单元35通过程序的执行分别控制反作用力致动器13和旋转致动器21的操作。用于驱动反作用力致动器13和旋转致动器21的驱动电路36和37连接至电子控制单元35的输出侧。布置在驱动电路36和37中的是电流检测器36a和37a，用于检测流过反作用力致动器13和旋转致动器21中的电动机的驱动电流。由电流检测器36a和37a检测的驱动电流反馈至电子控制单元35用于控制两个电动机的驱动。
接下来，将参考图2中所示的功能性框图说明具有上述构造的第一实施例的操作，其中图2示出由电子控制单元35中的计算机程序处理实现的功能。电子控制单元35包括反作用力控制部分35，用于控制施加至转向手柄11的反作用力；感觉适应控制部分50，用于基于转向手柄11的旋转操作确定左右前轮FW1和FW2的与驾驶员的感觉对应的目标转角δd；以及旋转控制部分60，用于基于目标转角δd控制左右前轮FW1和FW2的旋转。
当驾驶员旋转转向手柄11时，转向角传感器31检测作为转向手柄11的转角的转向角θ。检测的转向角θ分别输出至反作用力控制部分40和感觉适应控制部分50。在反作用力控制部分40中，位移/转矩转换部分41通过使用以下的等式1计算反作用力转矩Tz，反作用力转矩Tz是转向角θ的指数函数。
Tz＝T0·exp(K1·θ)                  ...(Eq.1)
在此等式中，T0和K1是常数，并且它们将在关于感觉适应控制部分50的以下说明中更详细地描述。等式1中的转向角θ表示检测的转向角θ的绝对值。因此，如果检测的转向角θ是正的，则使得常数T0为负，而如果检测的转向角θ是负的，则使得常数T0为正，其具有与负常数T0相等的绝对值。代替等式1的计算，可以通过使用具有图3所示的反作用力转矩Tz相对于转向角θ的特性并储存在其中的换算表来计算反作用力转矩Tz。
计算的反作用力转矩Tz供应至驱动控制部分42。驱动控制部分42输入从驱动电路36流过反作用力致动器13中的电动机的驱动电流，并反馈控制驱动电路36使得与反作用力转矩Tz对应的驱动电流流过电动机。反作用力致动器13中的电动机的驱动控制引起电动机经由转向输入轴12在转向手柄11上施加反作用力转矩Tz。由此，驾驶员旋转转向手柄11，感觉到以转向角θ的指数函数形式变化的反作用力转矩Tz，也就是等于转向手柄11上的反作用力转矩Tz的增大的转向转矩。转向角θ和反作用力转矩Tz之间的关系也遵循Weber-Fechner定律，其中驾驶员能够旋转转向手柄11，从转向手柄11接收适合于人的感知特性的感觉。
另一方面，根据以下的类似于等式1的等式2，利用输入感觉适应控制部分50的转向角θ在位移/转矩转换表51处计算转向转矩Td。
Td＝T0·exp(K1·θ)        ...(Eq.2)
在这种情况下，等式2中的T0和K1是类似于等式1中的那些的常数。等式2中的转向角θ表示检测的转向角θ的绝对值。因此，如果检测的转向角θ是正的，则使得常数T0为正，而如果检测的转向角θ是负的，则使得常数T0为负，其具有与正常数T0相等的绝对值。代替等式2的计算，也可以通过使用具有图3所示的转向转矩Td相对于转向角θ的特性并储存在其中的换算表来计算转向转矩Td。
计算的转向转矩Td供应至转矩/横向加速度转换部分52。当转向转矩Td的绝对值小于正的较小预定值T0时，转矩/横向加速度转换部分52将预期的横向加速度Gd设定成如以下等式3中所描述的“0”，其中预期的横向加速度是根据驾驶员对转向手柄11的旋转操作来预期的，而当转向转矩Td的绝对值不小于正的较小预定值T0时，根据以下等式4计算预期的横向加速度Gd。
Gd＝0(|Td|＜T0)   ...(Eq.3)
Gd＝C·TdK2(T0≤|Td|)  ...(Eq.4)
等式4中的C和K2是常数。等式4中的转向转矩Td代表通过使用等式2计算的转向转矩Td的绝对值。因此，如果计算的转向转矩Td是正的，则使得常数C为正，而如果计算的转向转矩Td是负的，则使得常数C为负，并且其具有与正常数C相等的绝对值。代替等式3和4的计算，也可以通过使用具有图4所示的预期横向加速度Gd相对于转向转矩Td的特性并储存在其中的换算表来计算预期的横向加速度Gd。
此处将说明等式4。当通过利用等式2来消除转向转矩Td时，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是常数C·T0K2，并且等式5示出预期的横向加速度Gd以相对于驾驶员对转向手柄11的转向角θ成指数函数的方式变化。预期的横向加速度Gd是驾驶员能够通过驾驶员身体的一部分接触车辆中的预定部分来感知的物理量，并且其遵循Weber-Fechner定律。由此，如果在驾驶员感知到横向加速度等于预期的横向加速度Gd时，驾驶员能够旋转转向手柄11，则转向手柄11的旋转操作和车辆转向之间的关系能够与人的感知特性相关联。
因为由等式4(也就是等式5)表示的预期横向加速度Gd以相对于转向角θ成指数函数的方式变化，如上所述，其中转向角θ是转向手柄11的旋转量，所以预期的横向加速度Gd适于人的感知特性。此外，在驾驶员对转向手柄11的旋转操作中最早的过程是以恒定的速度ω(θ＝ω·t)旋转转向手柄11。根据此旋转操作，预期的横向加速度Gd以相对于时间t成指数函数的方式变化，如以下的等式6所表示。由此，应当理解如果驾驶员能够在感知到横向加速度等于预期的横向加速度Gd时旋转转向手柄11，则有助于驾驶员对转向手柄11的旋转操作。
Gd＝G0·exp(K0·ω·t)    ...(Eq.6)
应当注意K0是具有K0＝K1·K2的关系的常数。
此外，如等式3所示，在转向转矩Td小于预定值T0的情况下预期的横向加速度Gd被保持为“0”。原因如下。即使转向角θ为“0”，也就是说即使转向手柄11保持在中间位置，通过等式2的计算转向转矩Td取得正的预定值T0。如果此转向转矩Td(＝T0)被应用到等式4的计算，则预期的横向加速度Gd变成正值C·T0K2，但是这不现实。但是，如果如上所述转向转矩Td小于预定值T0，则预期的横向加速度Gd为“0”，由此可以解决此问题。
假设驾驶员能够感知的最小转向转矩被定义成预定值T0，驾驶员能感知的最小可感觉的横向加速度被定义成G0，并且预定值T0具有G0＝C·T0K2的关系，则车辆的预期横向加速度Gd可以被保持为“0”直到转向转矩Td取得预定值T0，也就是直到驾驶员感觉到由于转向手柄11的旋转操作导致车辆的旋转由此在车辆上产生的横向加速度。根据此，仅在用不小于最小转向转矩T0的转矩旋转转向手柄11时，左右前轮FW1和FW2被控制成旋转用于产生预期横向加速度Gd所需的转角。此旋转控制精确地对应于车辆转向。
接下来说明如何确定用在等式1至6中的参数K1、K2和C(预定值K1、K2和C)。在如何确定参数K1、K2和C的说明中，等式2至6中的转向转矩Td和预期横向加速度Gd被处理成转向转矩T和横向加速度G。根据上述的Weber-Fechner定律，“不管物理量S的值是多少，在此点处，物理量中人能够感知的最小变化ΔS与物理量S的比率ΔS/S是常数，并且该比率被称作Weber比率”。本发明人已经确认转向转矩和横向加速度中建立了Weber-Fechner定律，并且已经对性别、年龄、驾驶经验等不同的各种类型的人进行了以下的测试，以确定Weber比率。
对于转向转矩，转矩传感器附装到车辆的转向手柄。测试转矩从外部施加到转向手柄，并且此测试转矩以各种方式变化，由此测试人的转向转矩调整能力，其中他/她逆着此测试转矩提供操作力至转向手柄，用于使得调整不会旋转转向手柄。具体地，在前述条件下，假设在一些点处检测的转向转矩被定义为T，并且他/她能够感知来自检测的转向转矩T的变化的最小转向转矩变化量被定义为ΔT，则对各种类型的人测量比率ΔT/T，也就是Weber比率。作为此测试的结果，Weber比率ΔT/T对于各种类型的人通常变成大约为0.03的常数值，而不管转向手柄的运转方向、手握持转向手柄的方式、测试转矩的幅度或方向等。
用于横向加速度的测试如下。壁构件设置在驾驶员座位一侧，并且用于检测人的肩的挤压力的力传感器附装到壁构件。人握持转向手柄，并且人的肩与壁构件上的力传感器接触。测试力在相对于人的横向方向上从外部施加到壁构件，并且测试力以各种方式变化，由此测试人的横向力调整能力，其中人逆着测试力推壁构件以使得壁构件不移动，也就是说人保持他/她的姿势。具体地，在前述条件下，假设在人保持他/她的姿势抵抗外部横向力的一些点处检测的力被定义为F，并且他/她能够感知来自检测的力F的变化的最小力变化量被定义为ΔF，则对各种类型的人测量比率ΔF/F，也就是Weber比率。作为此测试的结果，Weber比率ΔF/F对于各种类型的人通常变成大约为0.09的常数值，而不管施加到壁构件的参考力的幅度或方向。
另一方面，当等式2微分并且以微分的方程考虑等式2时，建立以下的等式7。
ΔT＝T0·exp(K1·θ)·K1·Δθ＝T·K1·Δθ   ...(Eq.7)当等式7变化，并且通过上述测试得到的与转向转矩相关的Weber比率ΔT/T被定义为Kt时，建立以下的等式8。
K1＝ΔT/(T·Δθ)＝Kt/Δθ    ...(Eq.8)
此外，假设最大转向转矩是Tmax，则从等式2建立以下的等式9。
Tmax＝T0·exp(K1·θmax)   ...(Eq.9)改变等式9建立以下的等式10。
K1＝log(Tmax/T0)/θmax     ...(Eq.10)然后，从等式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是转向转矩T的Weber比率，θmax是转向角的最大值，Tmax是转向转矩的最大值，而T0对应于人可以感知的最小转向转矩。这些值Kt、θmax、Tmax和T0是由测试和***确定的常数，使得可以通过使用等式11来计算微分值Δθ。也可以基于等式8通过此微分值Δθ和Weber比率Kt来计算预定值(系数)K1。
当等式4被微分并且以微分的方程考虑等式4时，建立以下的等式12。
ΔG＝C·K2·TK2-1·ΔT＝G·K2·ΔT/T  ...(Eq.12)当等式12变化时，通过上述测试得到的与转向转矩相关的Weber比率ΔT/T被定义成Kt，并且与横向加速度相关的Weber比率ΔF/F被定义成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是与转向转矩相关的Weber比率，而Ka是与横向加速度相关的Weber比率。两个都给定为常数，使得也可以基于等式14通过使用这些Weber比率Kt和ka来计算系数K2。
假设横向加速度的最大值是Gmax，并且转向转矩的最大值是Tmax，则从等式4得到以下的等式15。
C＝Gmax/TmaxK2        ...(Eq.15)
在等式15中，Gmax和Tmax是由测试和***确定的常数，并且K2由等式14来计算，使得也可以计算常数(系数)C。
如上所述，通过利用测试和***确定转向角θ的最大值θmax、转向转矩T的最大值Tmax、横向加速度G的最大值Gmax、最小转向转矩T0、最小可感知的横向加速度G0、与转向转矩相关的Weber比率Kt和与横向加速度相关的Weber比率Ka，可以通过计算预先确定等式1至5中的系数K1、K2和C。以下将示出通过试验得到的优选数字示例，其中车辆具有2.67m的轴距、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。在这种情况下，K1＝0.17、K2＝3.0、C＝0.23。应当注意，在这种情况下，Δθ＝0.18。由此，可以通过使用等式1至5在位移/转矩转换部分41、51以及转矩/横向加速度转换部分52处计算反作用力转矩Tz、转向转矩Td以及预期横向加速度Gd，这些都适合于驾驶员的感知特性。
再返回到关于图2的说明，在转矩/横向加速度转换部分52处计算的预期横向加速度Gd供应至转角转换部分53。转角转换部分53计算左右前轮FW1和FW2的用于产生预期横向加速度Gd所需的目标转角δd。如图5所示，转角转换部分53具有表示目标转角δd的变化特性的表，目标转角δd相对于预期的横向加速度Gd根据车速V变化。该表是通过在车速V被改变时运行车辆并通过预先测量左右前轮FW1和FW2的转角δ以及横向加速度G收集的一组数据。转角转换部分53引用此表用于计算与输入的预期横向加速度Gd和从车速传感器33输入的检测的车速V相对应的目标转角δd。尽管储存在表中的横向加速度G(预期横向加速度Gd)和目标转角δd都是正的，但是如果从转矩/横向加速度转换部分52供应的预期横向加速度Gd是负的，则输出的目标转角δd变成负的。
因为目标转角δd是车速V和横向加速度G的函数，如以下的等式16所示，所以代替引用该表，也可以通过以下等式16的计算来计算目标转角δd。
δd＝L·(1+A·V2)·Gd/V2     ...(Eq.16)在等式16中，L是示出轴距的预先确定的给定值(例如2.67m)，并且A是预先确定的给定值(例如0.00187)。
计算的目标转角δd供应至旋转控制部分60的目标转角校正部分61。目标转角校正部分61输入来自转矩/横向加速度转换部分52的预期横向加速度Gd，还输入由横向加速度传感器34检测的实际横向加速度G。其执行以下等式17的计算，用于计算校正的目标转角δda。
δda＝δd+K3·(Gd-G)     ...(Eq.17)系数K3是预定的正常数。校正的目标转角δda的绝对值被校正为在实际横向加速度G小于预期横向加速度Gd的情况下增加。此外，校正的目标转角δda的绝对值被校正为在实际横向加速度G超过预期横向加速度Gd的情况下减小。此校正高精度地确保了左右前轮FW1和FW2的用于预期横向加速度Gd所需的转角。
计算的校正目标转角δda供应至驱动控制部分62。驱动控制部分62输入由转角传感器32检测的实际转角δ，并反馈控制旋转致动器21中的电动机的旋转，使得左右前轮FW1和FW2被旋转到校正的目标转角δda。此外，驱动控制部分62还输入从驱动电路37流到电动机的驱动电流并反馈控制驱动电路37使得具有与旋转转矩对应幅度的驱动电流适当地流过电动机。通过旋转致动器21中的电动机的驱动控制，电动机的旋转经由旋转输出轴22传递到齿轮23，由此通过齿轮23在轴向方向上移动齿条24。齿条24在轴向方向上的移动将左右前轮FW1和FW2旋转到校正的目标转角δda。
从操作的说明中可以得到，根据第一实施例，作为驾驶员对转向手柄11的操作输入值的转向角θ在位移/转矩转换部分51处转换成转向转矩Td。转换的转向转矩Td在转矩/横向加速度转换部分52处转换成预期的横向加速度Gd。左右前轮FW1和FW2通过转角转换部分53、转角校正部分61和驱动控制部分62旋转到用于产生预期的横向加速度Gd所需的校正的目标转角δda。在这种情况下，转向转矩Td是由于反作用力致动器13的作用使得能够由驾驶员从转向手柄11感知的物理量。转向转矩Td还以相对于转向角θ成指数函数的方式变化。由此，驾驶员可以根据人的感知特性旋转转向手柄11，同时感觉遵循Weber-Fechner定律的反作用力。此外，由于左右前轮FW1和FW2的旋转在车辆上产生的实际横向加速度G也是能够被感知的物理量，并且控制此实际的横向加速度G以等于预期的横向加速度Gd，并且此预期的横向加速度Gd也以相对于转向角θ成幂函数的方式变化。由此，驾驶员能够根据人的感知特性旋转转向手柄11，同时感觉遵循Weber-Fechner定律的横向加速度，由此能够旋转车辆。结果，驾驶员能够操作转向手柄11使得适应于人的感知特性，由此能够容易地驾驶车辆。
此外，转角校正部分61校正目标转角δd使得在车辆上实际产生的实际横向加速度G适当地对应于转向手柄11的转向角θ，由此在车辆上产生与转向手柄11的转向角θ适当对应的实际横向加速度G。结果，驾驶员能够旋转转向手柄11，同时感觉正好适合于人的感知特性的横向加速度。因此，更加有助于驾驶车辆。
更具体地说明上述实施例的操作效果，根据前述实施例的车辆转向设备能够提供不依赖于车辆特性而根据驾驶员感觉的转向特性。因此，驾驶员没有所谓的过多转向和不足转向的感觉，使得驾驶员能够以上至车辆的极限旋转性能的中性转向自由地转向车辆。
此外，当车辆转弯或者拐弯时，能够适当地预测相对于转向手柄11的转向量产生的横向加速度，由此驾驶员能够根据运行环境适当地转向车辆。此外，当车辆完成转弯并返回直路时，可以逐渐减小横向加速度，使得车辆能够平稳地返回到直行状态。由此，驾驶员能够简单地转向车辆并且能够根据每个驾驶员的意图转向车辆，结果是驾驶员和其它乘客不会有由于从车辆开始转弯到车辆结束转弯他们的身体摇晃带来的不舒适的感觉。
此外，通过根据人的感觉的函数来设定车辆转向特性。只要确定转向特性的函数不改变，提供给车辆转向的机构参数中的小变化不会影响驾驶操作。由此，高度保持良好的性能用于诸如轮胎的更换、轮胎的磨损、负载条件等之类的车辆性能的改变。此外，即使用于旋转转向手柄11所需的转向力改变，或者即使转向手柄11对旋转操作地旋转响应改变，也依照人的感觉转向车辆。由此，即使驾驶员换到设置了具有不同特性的转向手柄11的车辆，驾驶员能够驾驶车辆而没有不适宜的感觉，并且此外，驾驶员迅速地适应车辆的驾驶。
在上述的实施例中，考虑了转向转矩Td。但是，如果在转向角θ处驾驶员旋转转向手柄11，则通过使用转向角θ来确定目标转角δd，并且左右前轮FW1和FW2旋转到目标转角δd。由此，即使提供至转向手柄11的反作用力转矩Tz没有被适当地控制，没有被适当控制的反作用力转矩对车辆转向性能的影响很小。由此，可以简单地组成用于在转向手柄11上施加反作用力的机构。
接下来说明的是上述第一实施例的修改示例，其中转向转矩T被用作转向手柄11的操作输入值。如图1中的虚线所示，修改的示例设置有转向转矩传感器38，其附装到转向输入轴12用于检测施加在转向手柄11上的转向转矩T。其它的构造与第一实施例的那些相同，但是由电子控制单元35执行的计算机程序略微不同于第一实施例。
在修改的示例中，在表示计算程序的图2的功能性框图中，没有设置位移/转矩转换部分51，并且转矩/横向加速度转换部分52通过使用转向转矩T而不是转向转矩Td执行等式3和4的计算来计算预期横向加速度Gd，其中转向转矩T由转向转矩传感器38来检测，转向转矩Td由位移/转矩转换部分51来计算。还在这种情况下，预期的横向加速度Gd可以通过使用图4所示的表示特性的表来计算，而不通过执行等式3和4的计算。由电子控制单元35执行的其它程序处理与第一实施例的那些相同。
根据此修改的示例，用作驾驶员对转向手柄11的操作输入值的转向转矩T通过转矩/横向加速度转换部分52转换成预期的横向加速度Gd，由此左右前轮FW1和FW2通过转角转换部分53、转角校正部分61和驱动控制部分62旋转到用于产生预期的横向加速度Gd所需的校正的目标转角δda。还在这种情况下，转向转矩T是驾驶员能够从转向手柄11感知的物理量，并且预期的横向加速度Gd也以相对于转向转矩T成幂函数的方式变化。由此，驾驶员可以根据人的感知特性旋转转向手柄11，同时感觉遵循Weber-Fechner定律的反作用力。由此，还在此修改的示例中，驾驶员能够根据人的感知特性旋转转向手柄11，同时感觉遵循Weber-Fechner定律的反作用力，由此能够旋转车辆，类似于第一实施例。因此，预期与第一实施例相同的效果。
此外，第一实施例的车辆转向控制和修改示例的车辆转向控制可以转变。具体地，设置转向角传感器31和转向转矩传感器38两者，其中，在通过使用类似于第一实施例在位移/转矩转换部分51处计算的目标转向转矩Td计算预期的横向加速度Gd的情况和通过使用利用转向转矩传感器38检测的转向转矩T计算预期横向加速度Gd的情况之间进行转变。在这种情况下，可以根据驾驶员的意图改变该转变，或者可以根据车辆运动状态自动地改变该转变。
在前述的第一实施例中，转角校正部分61根据预期横向加速度Gd和实际横向加速度G之间的差异Gd-G来校正目标转角δd。但是，代替此或者附加于此，转角校正部分61可以根据预期的横摆率γd和实际横摆率γ之间的差异γd-γ来校正目标转角δd。在这种情况下，通过使用预期横向加速度Gd和车速V的以下等式18的计算来计算预期横摆率γd。
γd＝Gd/V  ...(Eq.18)
校正的目标转角δda可以基于以下的等式19利用该计算的预期横摆率γd和通过横摆率传感器39检测的实际横摆率γ来计算，横摆率传感器39由图1中的虚线示出。
δda＝δd+K4·(γd-γ)     ...(Eq.19)
系数K4是预定的正常数。在实际横摆率γ小于预期横摆率γd的情况下，校正的目标转角δda的绝对值被校正为增加。此外，在实际横摆率γ超过预期横摆率γd的情况下，校正的目标转角δda的绝对值被校正为减小。此校正以高精度确保了前轮FW1和FW2的用于预期横摆率γd所需的转角。
第二实施例
接下来说明的是本发明的第二实施例，其使用横摆率代替横向加速度作为第一实施例中的运动状态量。在第二实施例中，如图1中的虚线所示，代替第一实施例中的横向加速度传感器34，设置横摆率传感器39用于检测作为驾驶员能够感知的运动状态量的实际横摆率γ。其它的构造与第一实施例的那些相同，但是由电子控制单元35执行的计算机程序略微不同于第一实施例。
在第二实施例中，由电子控制单元35执行的计算机程序由图6的功能性框图示出。在这种状态下，在感觉适应控制部分50处，位移/转矩转换部分51以与第一实施例相同的方式工作，并且设置转矩/横摆率转换部分54以替换第一实施例中的转矩/横向加速度转换部分52。
通过使用在位移/转矩转换部分51处计算的转向转矩Td，如果转向转矩Td的绝对值小于正的较小预定值T0，则转矩/横摆率转换部分54将预期的横摆率γd设定成如以下等式20中所描述的“0”，其中预期的横摆率是根据驾驶员对转向手柄11的旋转操作来预期的，而如果转向转矩Td的绝对值不小于正的较小预定值T0，则根据以下等式21计算预期的横摆率γd。
γd＝0(|Td|＜T0)    ...(Eq.20)
γd＝C·TdK2(T0≤|Td|)    ...(Eq.21)
等式21中的C和K2是常数，类似于第一实施例。等式21中的转向转矩Td也代表通过使用等式2计算的转向转矩Td的绝对值。因此，如果计算的转向转矩Td是正的，则使得常数C为正，而如果计算的转向转矩Td是负的，则使得常数C为负，并且其具有与正常数C相等的绝对值。代替等式20和21的计算，也可以通过使用具有图7所示的预期横摆率γd相对于转向转矩Td的特性并储存在其中的换算表来计算预期的横摆率γd。
转角转换部分55计算左右前轮FW1和FW2的用于产生计算的预期横摆率γd所需的目标转角δd。如图8所示，转角转换部分55具有表示目标转角δd的特性变化的表，目标转角δd相对于预期横摆率γd根据车速V变化。该表是通过在车速V被改变时运行车辆并通过预先测量左右前轮FW1和FW2的转角δ以及横摆率γ收集的一组数据。转角转换部分55引用此表用于计算与输入的预期横摆率γd和从车速传感器33输入的检测的车速V相对应的目标转角δd。尽管储存在表中的横摆率γ(预期横摆率γd)和目标转角δd都是正的，但是如果从转矩/横摆率转换部分54供应的预期横摆率γd是负的，则输出的目标转角δd变成负的。
因为目标转角δd是车速V和横摆率γ的函数，如以下的等式22所示，所以代替引用该表，也可以通过以下等式22的计算来计算目标转角δd。
δd＝L·(1+A·V2)·γd/V ...(Eq.22)
在等式22中，L是示出轴距的预先确定的给定值(例如2.67m)，并且A是预先确定的给定值(例如0.00187)。
计算的目标转角δd供应至旋转控制部分60的目标转角校正部分63。目标转角校正部分63输入来自转矩/横摆率转换部分54的预期横摆率γd，还输入由横摆率传感器34检测的实际横摆率γ。其执行以下等式23的计算，用于校正输入的目标转角δd并计算校正的目标转角δda。
δda＝δd+K4·(γd-γ)  ...(Eq.23)
系数K4是预定的正常数。校正的目标转角δda的绝对值被校正为在实际横摆率γ小于预期横摆率γd的情况下增加。此外，校正的目标转角δda的绝对值被校正为在实际横摆率γ超过预期横摆率γd的情况下减小。此校正高精度地确保了左右前轮FW1和FW2的用于预期横摆率γd所需的转角。
由电子控制单元35执行的其它程序处理与上述第一实施例的那些相同。因此，与第一实施例中的图2的那些相同的参考标号提供至图6的功能性框图，用于省略其详细描述。
还在此第二实施例中，用作驾驶员对转向手柄11的操作输入值的转向角θ在位移/转矩转换部分51处转换成转向转矩Td。转换的转向转矩Td在转矩/横摆率转换部分54处转换成预期的横摆率γd。左右前轮FW1和FW2通过转角转换部分55、转角校正部分63和驱动控制部分62旋转到用于产生预期的横摆率γd所需的校正的目标转角δda。在这种情况下，转向转矩Td是由于反作用力致动器13的作用使得能够由驾驶员从转向手柄11感知的物理量。转向转矩Td还以相对于转向角θ成指数函数的方式变化。由此，驾驶员可以根据人的感知特性旋转转向手柄11，同时感觉遵循Weber-Fechner定律的反作用力。此外，由于左右前轮FW1和FW2的旋转在车辆上产生的实际横摆率γ也是能够被感知的物理量，并且控制此实际的横摆率γ以等于预期的横摆率γd，并且此预期的横摆率γd也以相对于转向角θ成幂函数的方式变化。由此，驾驶员能够根据人的感知特性旋转转向手柄11，同时感觉遵循Weber-Fechner定律的横摆率，由此能够旋转车辆。结果，驾驶员能够操作转向手柄11使得适应于人的感知特性，类似于第一实施例，由此能够容易地驾驶车辆。
此外，转角校正部分63校正目标转角δd使得在车辆上实际产生的实际横摆率γ适当地对应于转向手柄11的转向角θ，由此在车辆上产生与转向手柄11的转向角θ适当对应的实际横摆率γ。结果，驾驶员能够旋转转向手柄11，同时感觉正好适合于人的感知特性的横摆率。因此，更加有助于驾驶车辆。此外，除了用横摆率替换第一实施例中的横向加速度，操作的特定效果与第一实施例的那些相同。
第二实施例可以被修改成利用转向转矩T作为转向手柄11的操作输入值，类似于前述的第一实施例。如图1中的虚线所示，此修改的示例设置有转向转矩传感器38，其附装到转向输入轴12用于检测施加在转向手柄11上的转向转矩T。没有设置位移/转矩转换部分51，并且转矩/横摆率转换部分54通过使用转向转矩T而不是转向转矩Td执行等式20和21的计算来计算预期横摆率γd，其中转向转矩T由转向转矩传感器38来检测，转向转矩Td由位移/转矩转换部分51来计算。还在这种情况下，预期的横摆率γd可以通过使用图7所示的表示特性的表来计算，而不通过执行等式20和21的计算。由电子控制单元35执行的其它程序处理与第二实施例的那些相同。
根据此修改的示例，用作驾驶员输入到转向手柄11的操作输入值的转向转矩T通过转矩/横摆率转换部分54转换成预期的横摆率γd，由此左右前轮FW1和FW2通过转角转换部分55、转角校正部分63和驱动控制部分62旋转到用于产生预期的横摆率γd所需的校正的目标转角δda。还在这种情况下，转向转矩T是驾驶员能够从转向手柄11感知的物理量，并且预期的横摆率γd也以相对于转向转矩T成幂函数的方式变化。由此，驾驶员可以根据人的感知特性旋转转向手柄11，同时感觉遵循Weber-Fechner定律的反作用力。由此，还在此修改的示例中，驾驶员能够根据人的感知特性旋转转向手柄11，同时感觉遵循Weber-Fechner定律的横摆率，由此能够旋转车辆，类似于第二实施例。因此，预期与第二实施例相同的效果。
此外，第二实施例的车辆转向控制和修改示例的车辆转向控制可以转变。具体地，设置转向角传感器31和转向转矩传感器38两者，其中，在通过使用类似于第二实施例在位移/转矩转换部分51处计算的目标转向转矩Td计算预期的横摆率γd的情况和通过使用利用转向转矩传感器38检测的转向转矩T计算预期横摆率γd的情况之间进行转变。在这种情况下，可以根据驾驶员的意图改变该转变，或者可以根据车辆运动状态自动地改变该转变。
在前述的第二实施例中，转角校正部分63根据预期横摆率γd和实际横摆率γ之间的差异γd-γ来校正目标转角δd。但是，代替此或者附加于此，转角校正部分61可以根据预期的横向加速度Gd和实际横向加速度G之间的差异Gd-G来校正目标转角δd。在这种情况下，通过使用预期横摆率γd和车速V的以下等式24的计算来计算预期横向加速度Gd。
Gd＝γd·V   ...(Eq.24)
校正的目标转角δda可以基于以下的等式25利用该计算的预期横向加速度Gd和通过新设置的横向加速度传感器34(见图1)检测的实际横向加速度G来计算。
δda＝δd+K3·(Gd-G)  ...(Eq.25)
系数K3是预定的正常数。在实际横向加速度G小于预期横向加速度Gd的情况下，校正的目标转角δda的绝对值被校正为增加。此外，在实际横向加速度G超过预期横向加速度Gd的情况下，校正的目标转角δda的绝对值被校正为减小。此校正以高精度确保了前轮FW1和FW2的用于预横向加速度Gd所需的转角。
第三实施例
接下来说明的是本发明的第三实施例，其使用转弯曲率代替横向加速度作为第一实施例中的运动状态量。第三实施例是以与图1所示的第一实施例相同的方式来构造的。由电子控制单元35执行的计算机程序略微不同于第一实施例。
在第三实施例中，由电子控制单元35执行的计算机程序由图9的功能性框图示出。在这种情况下，在感觉适应控制部分50处，位移/转矩转换部分51以与第一实施例相同的方式工作，并且设置转矩/曲率转换部分56以替换第一实施例中的转矩/横向加速度转换部分52。
通过使用在位移/转矩转换部分51处计算的转向转矩Td，如果转向转矩Td的绝对值小于正的较小预定值T0，则转矩/曲率转换部分56将预期的转弯曲率ρd设定成如以下等式26中所描述的“0”，其中预期的转弯曲率是根据驾驶员对转向手柄11的旋转操作来预期的，而如果转向转矩Td的绝对值不小于正的较小预定值T0，则根据以下等式27计算预期的转弯曲率ρd。
ρd＝0(|Td|＜T0) ...(Eq.26)
ρd＝C·TdK2(T0≤|Td|)   ...(Eq.27)
等式27中的C和K2是常数，类似于第一实施例。等式27中的转向转矩
Td也代表通过使用等式2计算的转向转矩Td的绝对值。因此，如果计算的转向转矩Td是正的，则使得常数C为正，而如果计算的转向转矩Td是负的，则使得常数C为负，并且其具有与正常数C相等的绝对值。代替等式26和27的计算，也可以通过使用具有图10所示的预期转弯曲率ρd相对于转向转矩Td的特性并储存在其中的换算表来计算预期的转弯曲率ρd。
转角转换部分57计算左右前轮FW1和FW2的用于产生计算的预期转弯曲率ρd所需的目标转角δd。如图11所示，转角转换部分57具有表示目标转角δd的特性变化的表，目标转角δd相对于预期转弯曲率ρd根据车速V变化。该表是通过在车速V被改变时运行车辆并通过预先测量左右前轮FW1和FW2的转角δ以及转弯曲率ρ收集的一组数据。转角转换部分57引用此表用于计算与输入的预期转弯曲率ρd和从车速传感器33输入的检测的车速V相对应的目标转角δd。尽管储存在表中的转弯曲率ρ(预期转弯曲率ρd)和目标转角δd都是正的，但是如果从转矩/曲率转换部分56供应的预期转弯曲率ρd是负的，则输出的目标转角δd变成负的。
因为目标转角δd是车速V和转弯曲率ρ的函数，如以下的等式28所示，所以代替引用该表，也可以通过以下等式28的计算来计算目标转角δd。
δd＝L·(1+A·V2)·ρd  ...(Eq.28)
在等式28中，L是示出轴距的预先确定的给定值(例如2.67m)，并且A是预先确定的给定值(例如0.00187)。
计算的目标转角δd供应至旋转控制部分60的转角校正部分64。转角校正部分64输入来自转矩/曲率转换部分56的预期转弯曲率ρd，还输入来自曲率计算部分65的实际转弯曲率ρ。曲率计算部分65利用由横向加速度传感器34检测的横向加速度G或者由横摆率传感器39检测的横摆率γ以及由车速传感器33检测的车速V，用于执行以下等式29的计算，以计算实际的转弯曲率ρ并输入结果至转角校正部分64。
ρ＝G/V2或ρ＝γ/V   ...(Eq.29)
转角校正部分64执行以下等式30的计算，用于校正输入的目标转角δd并计算校正的目标转角δda。
δda＝δd+K5·(ρd-ρ)    ...(Eq.30)
系数K5是预定的正常数。校正的目标转角δda的绝对值被校正为在实际转弯曲率ρ小于预期转弯曲率ρd的情况下增加。此外，校正的目标转角δda的绝对值被校正为在实际转弯曲率ρ超过预期转弯曲率ρd的情况下减小。此校正高精度地确保了左右前轮FW1和FW2的用于预期转弯曲率ρd所需的转角。
由电子控制单元35执行的其它程序处理与上述第一实施例的那些相同。因此，与第一实施例中的图2的那些相同的参考标号提供至图9的功能性框图，用于省略其详细描述。
还在此第三实施例中，作为驾驶员对转向手柄11的操作输入值的转向角θ在位移/转矩转换部分51处转换成转向转矩Td。转换的转向转矩Td在转矩/曲率转换部分56处转换成预期的转弯曲率ρd。左右前轮FW1和FW2通过转角转换部分57、转角校正部分64和驱动控制部分62旋转到用于产生预期的转弯曲率ρd所需的校正的目标转角δda。在这种情况下，转向转矩Td是由于反作用力致动器13的作用使得能够由驾驶员从转向手柄11感知的物理量。转向转矩Td还以相对于转向角θ成指数函数的方式变化。由此，驾驶员可以根据人的感知特性旋转转向手柄11，同时感觉遵循Weber-Fechner定律的反作用力。此外，由于左右前轮FW1和FW2的旋转在车辆上产生的转弯曲率也是能够被视觉感知的物理量，并且控制此转弯曲率ρ以等于预期的转弯曲率ρd，并且此预期的转弯曲率ρd也以相对于转向角θ成幂函数的方式变化。由此，驾驶员能够根据人的感知特性旋转转向手柄11，同时感觉遵循Weber-Fechner定律的转弯曲率，由此能够旋转车辆。结果，驾驶员能够操作转向手柄11使得适应于人的感知特性，类似于第一实施例，由此能够容易地驾驶车辆。
此外，转角校正部分64校正目标转角δd使得在车辆上实际产生的实际转弯曲率ρ适当地对应于转向手柄11的转向角θ，由此车辆以与转向手柄11的转向角θ适当对应的实际转弯曲率ρ转弯。结果，驾驶员能够旋转转向手柄11，同时感觉正好适合于人的感知特性的转弯曲率。因此，更加有助于驾驶车辆。此外，除了用转弯曲率替换第一实施例中的横向加速度，操作的特定效果与第一实施例的那些相同。
第三实施例可以被修改成利用转向转矩T作为转向手柄11的操作输入值，类似于前述的第一实施例。如图1中的虚线所示，此修改的示例设置有转向转矩传感器38，其附装到转向输入轴12用于检测施加在转向手柄11上的转向转矩T。没有设置位移/转矩转换部分51，并且转矩/曲率转换部分56通过使用转向转矩T而不是转向转矩Td执行等式26和27的计算来计算预期转弯曲率ρd，其中转向转矩T由转向转矩传感器38来检测，转向转矩Td由位移/转矩转换部分51来计算。还在这种情况下，预期的转弯曲率ρd可以通过使用图10所示的表示特性的表来计算，而不通过执行等式26和27的计算。由电子控制单元35执行的其它程序处理与第三
实施例的那些相同。
根据此修改的示例，用作驾驶员输入到转向手柄11的操作输入值的转向转矩T通过转矩/曲率转换部分56转换成预期的转弯曲率ρd，由此左右前轮FW1和FW2通过转角转换部分57、转角校正部分64和驱动控制部分62旋转到用于产生预期的转弯曲率ρd所需的校正的目标转角δda。还在这种情况下，转向转矩T是驾驶员能够从转向手柄11感知的物理量，并且预期的转弯曲率ρd也以相对于转向转矩T成幂函数的方式变化。由此，驾驶员可以根据人的感知特性旋转转向手柄11，同时感觉遵循Weber-Fechner定律的反作用力。由此，还在此修改的示例中，驾驶员能够根据人的感知特性旋转转向手柄11，同时感觉遵循Weber-Fechner定律的转弯曲率，由此能够旋转车辆，类似于第三实施例。因此，预期与第三
实施例相同的效果。
此外，第三实施例的车辆转向控制和修改示例的车辆转向控制可以转变。具体地，设置转向角传感器31和转向转矩传感器38两者，其中，在通过使用类似于第三实施例在位移/转矩转换部分51处计算的目标转向转矩Td计算预期的转弯曲率ρd的情况和通过使用利用转向转矩传感器38检测的转向转矩T计算预期转弯曲率ρd的情况之间进行转变。在这种情况下，可以根据驾驶员的意图改变该转变，或者可以根据车辆运动状态自动地改变该转变。
在前述的第三实施例中，转角校正部分64根据预期转弯曲率ρd和实际转弯曲率ρ之间的差异ρd-ρ来校正目标转角δd。但是，代替此或者附加于此，转角校正部分61可以根据预期的横向加速度Gd和实际横向加速度G之间的差异Gd-G来校正目标转角δd。在这种情况下，通过使用预期转弯曲率ρd和车速V的以下等式31的计算来计算预期横向加速度Gd。
Gd＝ρd·V2  ...(Eq.31)
此外，类似于第二实施例，转角校正部分61可以根据预期的横摆率γd和实际横摆率γ之间的差异γd-γ来校正目标转角δd。在这种情况下，通过使用预期转弯曲率ρd和车速V的以下等式32的计算来计算预期横摆率γd。
γd＝ρd·V ...(Eq.32)
其它修改的示例
本发明不限于第一至第三实施例以及它们的修改示例，并且在不脱离本发明精神的情况下可以进行各种修改。
例如，被旋转用于车辆转向的转向手柄11用在第一至第三实施例以及它们的修改示例中。但是，代替此，可以使用线形布置的操纵杆式转向手柄，或者可以是用任何其它的转向手柄，只要它们由驾驶员操作并且可以指令以转向车辆。
在第一至第三实施例以及它们的修改示例中，旋转输出轴22通过使用旋转致动器21来旋转，由此旋转左右前轮FW1和FW2。但是，代替此，可以通过使用旋转致动器13线形地移动齿条24来旋转左右前轮FW1和FW2。
此外，在第一和第二实施例以及它们的修改示例中，横向加速度、横摆率或转弯曲率独立用作人能够感知的车辆运行状态量。但是，车辆运行状态量通过驾驶员的选择操作来转变或根据车辆运行状态自动转变，以由此进行车辆转向控制。在根据车辆运行状态进行自动转变的情况下，当车辆以低速运行时(例如小于40Km/h)，转弯曲率可以用作运行状态量，当车辆以中速运行时(例如不小于40Km/h且小于100Km/h)，横摆率可以用作运行状态量，并且当车辆以高速运行时(例如不小于100Km/h)，横向加速度可以用作运行状态量。这达到了根据车速进行合适的车辆转向控制。因此，更加有助于驾驶车辆。

Claims (15)

1.一种线控转向***的车辆转向设备，设置有由驾驶员操作用于车辆转向的转向手柄、用于旋转转向轮的旋转致动器、以及根据所述转向手柄上的操作驱动并控制所述旋转致动器用于旋转所述转向轮的旋转控制装置，其中所述旋转控制装置包括：
操作输入值检测装置，其检测驾驶员对所述转向手柄的操作输入值；
运行状态量计算装置，其通过使用所述检测的操作输入值来计算车辆的预期运行状态量，其中车辆的所述预期运行状态量表示车辆运行状态，其与车辆转弯相关并能够由驾驶员感知，并且所述预期运行状态量与对所述转向手柄的所述操作输入值成指数函数的预定关系或者幂函数的预定关系；
转角计算装置，其通过使用所述计算的预期运行状态量来计算使车辆以所述计算的预期运行状态量移动所需的所述转向轮的转角；以及
旋转控制工具，其根据所述计算的转角控制所述旋转致动器，用于使所述转向轮旋转到所述计算的转角。
2.根据权利要求1所述的线控转向***的车辆转向设备，其中
所述操作输入值检测装置由检测所述转向手柄的位移量的位移量传感器组成，并且
所述运行状态量计算装置由操作力转换装置和运行状态量转换装置组成，其中所述操作力转换装置将所述检测的位移量转换成施加在所述转向手柄上的操作力，所述运行状态量转换装置将所述转换的操作力转换成预期运行状态量。
3.根据权利要求2所述的线控转向***的车辆转向设备，其中
所述操作力转换装置通过使用指数函数将所述检测的位移量转换成施加到所述转向手柄的操作力，并且
所述运行状态量转换装置通过使用幂函数将所述转换的操作力转换成预期运行状态量。
4.根据权利要求3所述的线控转向***的车辆转向设备，其中
当所述转换的操作力小于预定值时，所述运行状态量转换装置将所述预期运行状态量设定成“0”，并且当所述转换的操作力不小于所述预定值时，所述运行状态量转换装置通过使用幂函数将所述转换的操作力转换成预期运行状态量。
5.根据权利要求4所述的线控转向***的车辆转向设备，其中
当所述检测的位移量为“0”时，所述操作力转换装置将施加到所述转向手柄的所述操作力设定成所述预定值。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的线控转向***的车辆转向设备，其中
所述转向手柄的所述位移量是所述转向手柄的转向角。
7.根据权利要求1所述的线控转向***的车辆转向设备，其中
所述操作输入值检测装置由检测施加到所述转向手柄的所述操作力的操作力传感器组成，并且
所述运行状态量计算装置由将所述检测的操作力转换成预期运行状态量的运行状态量转换装置组成。
8.根据权利要求7所述的线控转向***的车辆转向设备，其中
所述运行状态量转换装置通过使用幂函数将所述检测的操作力转换成预期运行状态量。
9.根据权利要求8所述的线控转向***的车辆转向设备，其中
当所述检测的操作力小于预定值时，所述运行状态量转换装置将所述预期运行状态量设定成“0”，并且当所述检测的操作力不小于所述预定值时，所述运行状态量转换装置通过使用幂函数将所述检测的操作力转换成预期运行状态量。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的线控转向***的车辆转向设备，其中
施加至所述转向手柄的所述操作力是转向转矩。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的线控转向***的车辆转向设备，还包括：
运行状态量检测装置，其检测实际的运行状态量，所述实际的运行状态量与所述计算的预期运行状态量类型相同并且表示车辆的实际运行状态；以及
校正装置，其根据所述计算的预期运行状态量和所述检测的实际运行状态量之间的差异校正所述计算的转角。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的线控转向***的车辆转向设备，其中
所述预期运行状态量是车辆横向加速度、车辆横摆率以及车辆转弯曲率中的一种。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的线控转向***的车辆转向设备，其中
所述运行状态量检测装置选择性地使用多种类型预期运行状态量中的任意一种作为所述预期运行状态量。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的线控转向***的车辆转向设备，还包括：
反作用力装置，其对所述转向手柄的操作施加反作用力。
15.根据权利要求14所述的线控转向***的车辆转向设备，其中
所述反作用力装置对所述转向手柄的操作施加反作用力，所述反作用力是通过以指数函数的方式转换所述转向手柄的所述位移量得到的。
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