JP2011143820A

JP2011143820A - Steering device

Info

Publication number: JP2011143820A
Application number: JP2010006199A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Ono; 英一小野; Katsuhiko Fukui; 勝彦福井; Shinsuke Sato; 伸介佐藤; Kosuke Kaida; 幸佐甲斐田
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2010-01-14
Filing date: 2010-01-14
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2030-01-14
Also published as: JP5291640B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve steering that fits a feeling of a driver without deteriorating stability of the driver. <P>SOLUTION: According to a map indicating a relation of a predetermined vehicle speed and a yaw angular velocity gain, a target value of the yaw angular velocity gain is calculated and a steering gear ratio is controlled. Accordingly, a direction of a target arrival point after a predetermined forward gaze time on a target course along which the vehicle travels and a direction of a reference point of a handle seen from the driver's point of view are matched. In a low vehicle speed area, the direction of the target arrival point on a parting line of the forward gaze from the driver is matched to the direction of the reference point of the handle. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、操舵装置に係り、特に、ハンドルの舵角とヨー角速度との関係を実現する操舵装置に関する。 The present invention relates to a steering device, and more particularly to a steering device that realizes a relationship between a steering angle of a steering wheel and a yaw angular velocity.

従来より、「コーナー進入時において運転者は目標とする経路上で車速に依らず約１．２秒後に到達すべき地点を注視している」という実験データに基づき、現在の車両進行方向と注視点のなす角度がハンドル角と比例するようにステアリングギヤ比を設定する技術が知られている（非特許文献１）。 Conventionally, based on experimental data, “When driving into a corner, the driver is gazing at a point that should be reached after about 1.2 seconds on the target route regardless of the vehicle speed.” A technique for setting the steering gear ratio so that the angle formed by the viewpoint is proportional to the steering wheel angle is known (Non-Patent Document 1).

また、低速では、車両の進行方向と車両の前方方向とが車体スリップ角の分だけ異なる点に着目し、現在の車両進行方向と注視点とのなす角度に車体スリップ角を加えた視線振れ角がハンドル角に比例するように、ステアリングギヤ比を設定する技術が知られている（特許文献１）。 At low speeds, pay attention to the fact that the vehicle traveling direction and the vehicle forward direction differ by the vehicle body slip angle, and the line-of-sight deflection angle is obtained by adding the vehicle body slip angle to the angle formed by the current vehicle traveling direction and the gazing point. A technique for setting the steering gear ratio so that is proportional to the steering wheel angle is known (Patent Document 1).

清水康夫ほか、「ギヤ比が車速と操舵角の関数として変化するステアリングシステムとその効果について」、社団法人自動車技術会、学術講演会前刷集、Ｎｏ．２１−９９、１９９９年Yasuo Shimizu et al., “Steering system in which gear ratio changes as a function of vehicle speed and steering angle and its effect”, Japan Society for Automotive Engineers, Preprint of Scientific Lecture, No. 21-99, 1999

特開２００１−１５１１３３号公報JP 2001-151133 A

しかしながら、上記の非特許文献１は、「比例するステアリングギヤ比」についての開示のみであり、具体的な比例ゲインなどの設定方法についての開示はなく、ギヤ比が小さすぎると操舵角に対して操舵角が大きくクイックになりすぎて、運転の安定性が低下してしまう、という問題がある。 However, the above Non-Patent Document 1 only discloses the “proportional steering gear ratio”, and does not disclose a specific setting method such as a proportional gain. If the gear ratio is too small, There is a problem that the steering angle is too large and quick, and the stability of driving decreases.

また、上記の特許文献１に記載の技術では、車体スリップ角を考慮しているために低速でのヨー角速度ゲイン（操舵角からヨー角速度までのゲイン）が低下し、ギヤ比がクイックになりすぎることの防止を狙っているが、車体スリップ角の考慮のみでは微低速領域でのヨー角速度ゲインの抑制が不十分であり、ギヤ比がクイックになりすぎてしまい、運転の安定性が低下してしまう、という問題がある。 Further, in the technique described in Patent Document 1, since the vehicle body slip angle is taken into account, the yaw angular velocity gain at low speed (gain from the steering angle to the yaw angular velocity) is lowered, and the gear ratio becomes too quick. However, the yaw angular velocity gain in the very low speed region is not sufficiently suppressed by considering only the vehicle body slip angle, the gear ratio becomes too quick, and the driving stability is reduced. There is a problem that.

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、運転の安定性を低下させずに、ドライバの感覚に合った操舵を行うことができる操舵装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a steering device that can perform steering in accordance with a driver's feeling without deteriorating driving stability. .

上記の目的を達成するために本発明に係る操舵装置は、車速が所定値以上の領域において、ドライバの視点から見た、車両の走行する目標コース上の予め定められた前方注視時間後の目標到達点の方向と、ハンドルの基準位置の方向とを対応させると共に、車速が所定値未満の領域において、ドライバからの前方視界の見切り線上の目標到達点の方向と、ハンドルの基準位置の方向とを対応させるように予め定められた、前記ハンドルの舵角と車両に発生するヨー角速度との関係を実現するように構成されている。 In order to achieve the above object, the steering device according to the present invention provides a target after a predetermined forward gaze time on a target course on which the vehicle travels, as viewed from the driver's viewpoint, in a region where the vehicle speed is a predetermined value or more. The direction of the arrival point corresponds to the direction of the reference position of the handle, and in the region where the vehicle speed is less than the predetermined value, the direction of the target arrival point on the parting line of the front view from the driver, and the direction of the reference position of the handle The relationship between the steering angle of the steering wheel and the yaw angular velocity generated in the vehicle, which is determined in advance so as to correspond to each other, is realized.

本発明に係る操舵装置によれば、予め定められたハンドルの舵角と車両に発生するヨー角速度との関係を実現することにより、車速が所定値以上の領域において、ドライバの視点から見た、車両の走行する目標コース上の予め定められた前方注視時間後の目標到達点の方向と、ハンドルの基準位置の方向とを対応させると共に、車速が所定値未満の領域において、ドライバからの前方視界の見切り線上の目標到達点の方向と、ハンドルの基準位置の方向とを対応させる。 According to the steering apparatus according to the present invention, by realizing a relationship between a predetermined steering angle of the steering wheel and a yaw angular velocity generated in the vehicle, in a region where the vehicle speed is equal to or higher than a predetermined value, as viewed from the driver's viewpoint, The direction of the target arrival point after a predetermined forward gazing time on the target course on which the vehicle travels is made to correspond to the direction of the reference position of the steering wheel, and the front view from the driver in an area where the vehicle speed is less than a predetermined value. The direction of the target reaching point on the parting line is made to correspond to the direction of the reference position of the handle.

このように、車速が所定値以上の領域において、前方注視時間後の目標到達点の方向と、ハンドルの基準位置の方向とを対応させると共に、車速が所定値未満の領域において、見切り線上の目標到達点の方向と、ハンドルの基準位置の方向とを対応させるように定められたハンドルの舵角と車両に発生するヨー角速度との関係を実現することにより、運転の安定性を低下させずに、ドライバの感覚に合った操舵を行うことができる。 In this way, in the region where the vehicle speed is equal to or higher than the predetermined value, the direction of the target arrival point after the forward gaze time corresponds to the direction of the reference position of the steering wheel, and in the region where the vehicle speed is less than the predetermined value, the target on the parting line By realizing the relationship between the steering angle determined to match the direction of the arrival point and the direction of the reference position of the steering wheel and the yaw angular velocity generated in the vehicle, without reducing the stability of driving Steering that matches the driver's feeling can be performed.

本発明に係る操舵装置は、ハンドルの舵角と車両に発生するヨー角速度との関係を、ハンドルの舵角から車両に発生するヨー角速度までのヨー角速度ゲインとし、予め定められたヨー角速度ゲインと車速との関係を実現するようにすることができる。 In the steering apparatus according to the present invention, the relationship between the steering angle of the steering wheel and the yaw angular velocity generated in the vehicle is a yaw angular velocity gain from the steering angle of the steering wheel to the yaw angular velocity generated in the vehicle, and a predetermined yaw angular velocity gain and The relationship with the vehicle speed can be realized.

本発明に係るヨー角速度ゲインと車速との関係は、車速が所定値未満の領域において、ヨー角速度ゲインが車速に対して比例し、車速が所定値以上の領域において、ヨー角速度ゲインが、分子の定数項のみ負の係数を有し、かつ、分子の他の項及び分母の項は正の係数を有する２次分の１次の有理関数である車速の関数により算出された値となるように定められることができる。 In the relationship between the yaw angular velocity gain and the vehicle speed according to the present invention, the yaw angular velocity gain is proportional to the vehicle speed in a region where the vehicle speed is less than a predetermined value, and the yaw angular velocity gain is Only the constant term has a negative coefficient, and the other numerator and denominator terms have values calculated by a function of vehicle speed, which is a first-order rational function having a positive coefficient. Can be determined.

本発明に係るヨー角速度ゲインと車速との関係は、車速が所定値未満の領域において、ドライバから見たハンドル中心までの俯角と前方視界の見切り線までの俯角との相対俯角を、ドライバから見た前方視界の見切り線上に位置する道路面位置とドライバの位置との距離の半分の長さと、車両重心と後軸との間の距離との和で除した値を係数として、ヨー角速度ゲインが、前記係数と車速との積となるように定められることができる。 The relationship between the yaw angular velocity gain and the vehicle speed according to the present invention is such that, in a region where the vehicle speed is less than a predetermined value, the relative depression angle between the depression angle from the driver to the center of the steering wheel and the depression angle from the front view to the parting line is viewed from the driver. As a factor, the yaw angular velocity gain is calculated by dividing the half of the distance between the road surface position on the parting line of the forward field of view and the driver position by the sum of the distance between the vehicle center of gravity and the rear axle. The product of the coefficient and the vehicle speed can be determined.

本発明に係る操舵装置は、車両のステアリングギヤ比によってハンドルの操舵角とヨー角速度との関係を実現するようにすることができる。 The steering apparatus according to the present invention can realize the relationship between the steering angle of the steering wheel and the yaw angular velocity according to the steering gear ratio of the vehicle.

上記の前方注視時間を、２．５秒〜３．５秒とすることができる。 The forward gaze time can be set to 2.5 seconds to 3.5 seconds.

上記の所定値を、前方注視時間後の目標到達点がドライバからの前方視界の見切り線上に位置するときの車速とすることができる。 Said predetermined value can be made into the vehicle speed when the target arrival point after the front gaze time is located on the parting line of the front view from a driver.

本発明に係る操舵装置は、車両の車速を検出する車速検出手段と、車速検出手段によって検出された車速及び予め定められたハンドルの舵角とヨー角速度との関係に基づいて、ヨー角速度ゲインを算出するヨー角速度ゲイン算出手段と、ヨー角速度ゲイン算出手段によって算出されたヨー角速度ゲインを実現するように、ステアリングギヤ比を制御する制御手段と、を含んで構成することができる。 A steering apparatus according to the present invention is configured to detect a vehicle speed of a vehicle, a vehicle speed detected by the vehicle speed detection means, and a yaw angular velocity gain based on a relationship between a steering angle and a yaw angular velocity of a predetermined steering wheel. The yaw angular velocity gain calculating means for calculating and the control means for controlling the steering gear ratio so as to realize the yaw angular velocity gain calculated by the yaw angular velocity gain calculating means can be configured.

本発明に係る操舵装置は、車両の車速を検出する車速検出手段と、車速検出手段によって検出された車速及び予め定められたハンドルの舵角とヨー角速度との関係に基づいて、目標ヨー角速度を算出するヨー角速度算出手段と、ヨー角速度算出手段によって算出された目標ヨー角速度を実現するように、ステアリングギヤ比を制御する制御手段と、を含んで構成することができる。 The steering device according to the present invention determines a target yaw angular velocity based on a vehicle speed detecting means for detecting a vehicle speed of the vehicle, a vehicle speed detected by the vehicle speed detecting means, and a relationship between a predetermined steering angle and yaw angular velocity. The yaw angular velocity calculating means for calculating and the control means for controlling the steering gear ratio so as to realize the target yaw angular velocity calculated by the yaw angular velocity calculating means can be configured.

以上説明したように、本発明の操舵装置によれば、車速が所定値以上の領域において、前方注視時間後の目標到達点の方向と、ハンドルの基準位置の方向とを対応させると共に、車速が所定値未満の領域において、見切り線上の目標到達点の方向と、ハンドルの基準位置の方向とを対応させるように定められたハンドルの舵角と車両に発生するヨー角速度との関係を実現することにより、運転の安定性を低下させずに、ドライバの感覚に合った操舵を行うことができる、という効果が得られる。 As described above, according to the steering device of the present invention, in the region where the vehicle speed is equal to or higher than the predetermined value, the direction of the target arrival point after the forward gaze time corresponds to the direction of the reference position of the steering wheel, and the vehicle speed is To realize the relationship between the steering angle of the steering wheel and the yaw angular velocity generated in the vehicle so as to correspond to the direction of the target reaching point on the parting line and the direction of the reference position of the steering wheel in an area below the predetermined value Thus, it is possible to obtain an effect that steering suitable for the driver's feeling can be performed without deteriorating driving stability.

本発明の第１の実施の形態に係る車両操舵装置の構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a configuration of a vehicle steering apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施の形態に係る車両操舵装置のコンピュータの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the computer of the vehicle steering apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 車両の進行方向と目標到達点の方向との偏角を示すイメージ図である。It is an image figure which shows the deflection angle of the advancing direction of a vehicle, and the direction of a target arrival point. （Ａ）相対俯角を示すイメージ図、及び（Ｂ）車両前後方向と目標到達点の方向との偏角を示すイメージ図である。(A) The image figure which shows a relative depression angle, (B) The image figure which shows the declination of the vehicle front-back direction and the direction of a target arrival point. （Ａ）ドライバの頭部が移動した様子を示すイメージ図、（Ｂ）ドライバの頭部とハンドル中心との距離を示すイメージ図、及び（Ｃ）ドライバの頭部が移動したときのハンドルの舵角と前方注視角と相対俯角との関係を示すイメージ図である。(A) Image diagram showing how the driver's head has moved, (B) Image diagram showing the distance between the driver's head and the handle center, and (C) Steering angle of the handle when the driver's head has moved It is an image figure which shows the relationship between a front gaze angle and a relative depression angle. （Ａ）ハンドル中心俯角と見切り線俯角との相対俯角を説明するための図、及び（Ｂ）前方注視点が見切り線より上に存在する場合を示すイメージ図である。(A) The figure for demonstrating the relative depression angle of a handle | steering-wheel center depression angle and a parting line depression angle, and (B) The image figure which shows the case where a front gaze point exists above a parting line. 車速とヨー角速度ゲインとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a vehicle speed and a yaw angular velocity gain. 本発明の第１の実施の形態に係る車両操舵装置のギヤ比制御処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the gear ratio control processing routine of the vehicle steering apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施の形態の場合と固定ギヤ比の場合とにおける車速とヨー角速度ゲインとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the vehicle speed in the case of the 1st Embodiment of this invention, and the case of a fixed gear ratio, and a yaw angular velocity gain. 本発明の第２の実施の形態に係る車両操舵装置のコンピュータの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the computer of the vehicle steering apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. ４ＷＤと２ＷＤとにおける車速とヨー角速度ゲインとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the vehicle speed and yaw angular velocity gain in 4WD and 2WD. 本発明の第４の実施の形態に係る車両操舵装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the vehicle steering apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態では、車両に搭載され、かつ、車両のステアリングギヤ比を制御する車両操舵装置に本発明を適用した場合を例に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, a case where the present invention is applied to a vehicle steering apparatus that is mounted on a vehicle and controls the steering gear ratio of the vehicle will be described as an example.

図１に示すように、第１の実施の形態に係る車両操舵装置１０は、ステアリングホイール１２に連動する回動軸１４に、ステアリングギヤ比可変機構１６が接続されている。このステアリングギヤ比可変機構１６からは、出力軸１８が突出しており、この出力軸１８に連結されたピニオン２０が、図示を省略した操舵輪に連結されたラック軸２２に噛合している。 As shown in FIG. 1, in the vehicle steering apparatus 10 according to the first embodiment, a steering gear ratio variable mechanism 16 is connected to a rotating shaft 14 that is interlocked with a steering wheel 12. An output shaft 18 protrudes from the steering gear ratio variable mechanism 16, and a pinion 20 connected to the output shaft 18 meshes with a rack shaft 22 connected to a steering wheel (not shown).

従って、ステアリングホイール１２の回転が、ステアリングギヤ比可変機構１６を介して、ピニオン２０に伝わり、ラック軸２２がその軸方向（図１の矢印Ｗ方向）へ移動することによって、操舵輪が転舵するようになっている。 Therefore, the rotation of the steering wheel 12 is transmitted to the pinion 20 via the steering gear ratio variable mechanism 16, and the rack shaft 22 moves in the axial direction (arrow W direction in FIG. 1), so that the steered wheels are steered. It is supposed to be.

ステアリングギヤ比可変機構１６は、コンピュータ２４に連結されている。ステアリングギヤ比可変機構１６は、従来からある周知の構造とされており、コンピュータ２４から出力されるギヤ比指令信号に基づいてステアリングギヤ比可変機構１６のステアリングギヤ比を変更するようになっている。 The steering gear ratio variable mechanism 16 is connected to the computer 24. The steering gear ratio variable mechanism 16 has a conventionally well-known structure, and changes the steering gear ratio of the steering gear ratio variable mechanism 16 based on a gear ratio command signal output from the computer 24. .

図２に示すように、コンピュータ２４は、自車両の車速を検出する車速センサ２６に接続されている。 As shown in FIG. 2, the computer 24 is connected to a vehicle speed sensor 26 that detects the vehicle speed of the host vehicle.

コンピュータ２４は、ＣＰＵと、ＲＡＭと、後述するギヤ比制御処理ルーチンを実行するためのプログラムを記憶したＲＯＭとを備え、機能的には次に示すように構成されている。コンピュータ２４は、車速及びヨー角速度ゲインの関係を示すマップを予め記憶したマップ記憶手段３０と、車速センサ２６からの車速に基づいて、マップ記憶手段３０に記憶されたマップに従って、ヨー角速度ゲインの目標値を算出するヨーゲイン算出手段３２と、算出されたヨー角速度ゲインの目標値を実現するステアリングギヤ比を算出するギヤ比算出手段３４と、算出されたステアリングギヤ比に変更するようにギヤ比指令信号を出力するギヤ比制御手段３６とを備えている。 The computer 24 includes a CPU, a RAM, and a ROM that stores a program for executing a gear ratio control processing routine to be described later, and is functionally configured as follows. The computer 24 stores the map indicating the relationship between the vehicle speed and the yaw angular velocity gain in advance, and the target yaw angular velocity gain according to the map stored in the map storage device 30 based on the vehicle speed from the vehicle speed sensor 26. A yaw gain calculating means 32 for calculating a value, a gear ratio calculating means 34 for calculating a steering gear ratio for realizing a target value of the calculated yaw angular velocity gain, and a gear ratio command signal so as to change to the calculated steering gear ratio. And a gear ratio control means 36 for outputting.

次に、本実施の形態の原理について説明する。 Next, the principle of this embodiment will be described.

まず、ドライバモデルに関して、特願２００９−９８６３号明細書の記載から、車両の進行方向と、前記車両の走行する目標コース上の予め定められた前方注視時間後の目標到達点の方向との偏角である前方注視角と、一定時間後のヨー角速度とが、車速に依存することなく比例関係にあることがわかっている。 First, regarding the driver model, from the description in the specification of Japanese Patent Application No. 2009-9863, the deviation between the traveling direction of the vehicle and the direction of the target reaching point after a predetermined forward gaze time on the target course on which the vehicle travels is described. It is known that the forward gaze angle, which is an angle, and the yaw angular velocity after a certain time have a proportional relationship without depending on the vehicle speed.

すなわち、車両の進行方向（速度ベクトルの方向）と前方注視時間Ｔ後の車両の目標到達点の方向との偏角θ_ｇａｚｅ（図３（Ａ）、（Ｂ）参照）から、ドライバがハンドル操作することによって実現される車両運動予測値としてのヨー角速度の予測値ｒ_ｐｒｅが、以下の（１）式によって演算される。 That is, the driver operates the steering wheel from the deviation angle _θgaze (see FIGS. 3A and 3B) between the traveling direction of the vehicle (the direction of the velocity vector) and the direction of the target arrival point of the vehicle after the forward gaze time T. A predicted value r _pre of the yaw angular velocity as a vehicle motion predicted value realized by doing is calculated by the following equation (1).

ただし、ｋ_ｒは前方注視角θ_ｇａｚｅからヨー角速度ｒまでの伝達ゲインであり、τは、むだ時間である。ここで、むだ時間τとは、車両運動の変化のタイミングと走行コースの曲率の変化のタイミングとを合わせるための時間であり、予め定められた時間である。 However, k _r is the transfer gain from forward gaze angle theta _gaze to yaw velocity r, tau is the dead time. Here, the dead time τ is a time for matching the timing of the change of the vehicle motion and the timing of the change of the curvature of the traveling course, and is a predetermined time.

上記（１）式は、ドライバが前方注視角に基づいてハンドルを操作していることを示す結果である。 The above equation (1) is a result indicating that the driver is operating the handle based on the forward gaze angle.

また、理論解析の結果、前方注視時間Ｔ_ｇａｚｅと前方注視角θ_ｇａｚｅからヨー角速度ｒまでの伝達ゲインｋ_ｒの間には、以下の（２）式で表される関係が成立していることがわかっている。 As a result of theoretical analysis, between the transfer gain k _r from forward fixed point time T _gaze and forward gaze angle theta _gaze to yaw velocity r, the relationship expressed by the following equation (2) is satisfied I know.

本実施の形態では、前方注視時間Ｔ_ｇａｚｅを２．５秒〜３．５秒の一定時間として設定する。 In the present embodiment, the forward gaze time _Tgaze is set as a fixed time of 2.5 seconds to 3.5 seconds.

また、前方注視時間Ｔ_ｇａｚｅとむだ時間τの間には、以下の（３）式で表される関係が成立していることがわかっている。 Further, it is known that a relationship represented by the following expression (3) is established between the forward gaze time _Tgaze and the dead time τ.

このようにドライバは前方注視角に基づいてハンドルを操作していることから、ドライバの意図であり、前方注視時間後にこの位置を通過するという意味で、車両運動の出力でもある前方注視点の方向と、ドライバの操作量であるハンドルの基準位置の方向とを、図４（Ｂ）に示すように一致させることにより、車両とドライバの一体感や操作性、アジリティなどを向上させることに、本実施の形態では着目した。 Since the driver operates the steering wheel based on the front gaze angle in this way, the direction of the front gaze, which is the driver's intention and is also the output of the vehicle motion in the sense of passing this position after the front gaze time In order to improve the sense of unity, operability, agility, etc. between the vehicle and the driver by matching the direction of the reference position of the handle, which is the driver's operation amount, as shown in FIG. It paid attention in the embodiment.

ところで、上記図３（Ａ）、（Ｂ）で定義した前方注視角は、自動車の進行方向を基準としていたが、ハンドルの舵角との関係を一致させるためには、ドライバが着席している車体前後方向を基準とする必要がある。そこで、本実施の形態では、以下の（４）式に示すように前方注視角に車体スリップ角を加えた角度（車両前後方向と、車両の走行する目標コース上の予め定められた前方注視時間後の目標到達点の方向との偏角）と、ハンドルの舵角（ハンドル中立状態での基準位置と現在のハンドルの基準位置との相対角度）を一致させることを考える。 By the way, although the forward gaze angle defined in FIGS. 3A and 3B is based on the traveling direction of the automobile, the driver is seated in order to match the relationship with the steering angle of the steering wheel. It is necessary to use the vehicle longitudinal direction as a reference. Therefore, in the present embodiment, as shown in the following formula (4), an angle obtained by adding a vehicle body slip angle to a front gaze angle (a vehicle front-rear direction and a predetermined front gaze time on a target course on which the vehicle travels) Let us consider matching the steering angle of the steering wheel (the relative angle between the reference position in the neutral position of the steering wheel and the current reference position of the steering wheel) with a deviation angle from the direction of the subsequent target arrival point.

また、図４（Ａ）に示すように、ハンドル中心と前方注視点との相対俯角をθ_ｚとすると、操舵角δ_ｓｗが注視点の方向と一致するための条件として、以下の（５）式が得られる。 Further, as shown in FIG. 4A, when the relative depression angle between the steering wheel center and the front gazing point is θ _z , the condition for the steering angle δ _sw to coincide with the direction of the gazing point is as follows (5) The formula is obtained.

なお、上記（５）式では、ロール運動のためにハンドル角が見かけ上、ロール角だけ切り戻されることを考慮している。また、Ｋ_rollは、ロール率である。 In the above formula (5), it is considered that the handle angle is apparently cut back by the roll angle due to the roll motion. K _roll is a roll rate.

ところで、前方注視時間Ｔ_gazeと、前方注視角θ_gazeからヨー角速度ｒまでの伝達ゲインｋ_ｒとの間には、上記（２）式の関係が成立することから、前方注視角θ_gazeは、以下の（６）式で記述される。 Incidentally, the forward fixed point time T _gaze, between the transfer gain k _r from forward gaze angle theta _gaze to the yaw angular velocity r, since the equation (2) of relation is established, the forward gaze angle theta _gaze, It is described by the following equation (6).

さらに、車体スリップ角βは、車両運動の線形モデルから、以下の（７）式で記述される。 Further, the vehicle body slip angle β is described by the following equation (7) from a linear model of vehicle motion.

上記（６）式、（７）式により、上記（５）式は、以下の（８）式に書き直すことができる。 From the above formulas (6) and (7), the above formula (5) can be rewritten into the following formula (8).

ただし、Ｃ_ｒは後輪コーナリングパワーであり、ｌは、ホイールベースであり、ｌ_ｒは、重心−後軸間距離である。また、ｍは車両質量であり、ｖは車速である。 Here, _Cr is the rear wheel cornering power, l is the wheel base, and l _r is the center-to-rear axle distance. M is the vehicle mass, and v is the vehicle speed.

ところで、上記（８）式の関係は、ドライバの視点位置は変化しないという仮定の下での関係式であるが、実車走行時には、横加速度の影響を受けて、ドライバ姿勢すなわち視点の位置が変化することを考慮する必要がある。図５（Ａ）に示すように車両の横加速度に比例してドライバの頭部が横加速度に対抗する方向にh_y移動すると、ドライバから見たハンドルの中心は、以下の（９）式で求められるθ_ｄだけ旋回外向きに移動する。 By the way, the relationship of the above equation (8) is a relationship under the assumption that the viewpoint position of the driver does not change, but the driver posture, that is, the position of the viewpoint changes due to the influence of the lateral acceleration when the vehicle is running. It is necessary to consider what to do. 5 the head of the proportional drivers lateral acceleration of the vehicle as shown in (A) is h _y moves in a direction against the lateral acceleration, the center of the handle as seen from the driver, by the following equation (9) It moves outward by the required θ _d .

ただし、h_xはドライバ頭部とハンドル中心の距離である（図５（Ｂ）参照）。 Here, h _x is the distance between the driver's head and the center of the handle (see FIG. 5B).

したがって、図５（Ｃ）から、ドライバ頭部移動時の操舵角δ_swの方向（ハンドルの基準位置の方向）が、前方注視点の方向と一致するための条件は、以下の（１０）式で表される。 Accordingly, from FIG. 5C, the condition for the direction of the steering angle δ _sw when the driver head is moved (the direction of the reference position of the steering wheel) to coincide with the direction of the forward gazing point is the following equation (10) It is represented by

本実施の形態では、横加速度が９．８ [m/s²] 発生したときにh_y＝ h_ymax 移動するとして、以下の（１１）式のように、θ_ｄを定式化する。 In the present embodiment, θ _d is formulated as shown in the following equation (11), _assuming that h _y = _{hy max} moves when the lateral acceleration is generated at 9.8 [m / s ² ].

さらに、横加速度とヨー角速度との関係（スリップ角が増加しないための条件）は、以下の（１２）式で表される。 Furthermore, the relationship between the lateral acceleration and the yaw angular velocity (conditions for preventing the slip angle from increasing) is expressed by the following equation (12).

上記（１１）式、（１２）式を考慮すると、以下の（１３）式で表される関係式が導出される。 Taking the above equations (11) and (12) into consideration, a relational expression represented by the following equation (13) is derived.

また、相対俯角θ_zは、ドライバの視点からハンドル中心までのハンドル中心俯角θ_zswと前方注視時間T_gazeとアイポイント高h_eyeとに基づく、以下の（１４）式で表される関係が成立する。 Further, the relative depression angle θ _z has a relationship expressed by the following expression (14) based on the steering wheel center depression angle θ _zsw from the driver's viewpoint to the steering wheel center, the forward gaze time T _gaze and the eye point height h _eye. To do.

上記（１４）式より、上記（１３）式は、以下の（１５）式で記述できる。 From the above equation (14), the above equation (13) can be described by the following equation (15).

ここで、ハンドルの舵角が１０ｄｅｇ以下の小舵角領域を仮定すると、ハンドルの舵角からヨー角速度までのゲインであるヨー角速度ゲインｋは、以下の（１６）式のように近似的に導出される。 Here, assuming a small steering angle region where the steering angle of the steering wheel is 10 degrees or less, a yaw angular velocity gain k that is a gain from the steering angle of the steering wheel to the yaw angular velocity is approximately derived as in the following equation (16). Is done.

上記（１６）式は、分子の定数項のみ負の係数を有し、かつ、分子の他の項及び分母の項は正の係数を有する２次分の１次の有理関数である車速の関数を表わしている。 The above equation (16) is a function of vehicle speed that is a rational function of the first-order second order in which only the constant term of the numerator has a negative coefficient, and the other term of the numerator and the denominator term have a positive coefficient. Represents.

なお、上記（１６）式は、図６（Ｂ）に示すように、前方注視時間Ｔ_gazeに対応する前方注視点が、ドライバからの前方視野における見切り線より上に存在する車速領域においてのみ成立する。この車速より低い車速領域では、ドライバは、前方注視時間Ｔ_gazeに対応する前方注視点を見ることはできず、見切り線より上の視覚情報に基づいてハンドル操舵を行っている。 Note that, as shown in FIG. 6B, the above equation (16) is established only in the vehicle speed region in which the forward gazing point corresponding to the forward gazing time T _gaze exists above the parting line in the forward visual field from the driver. To do. In a vehicle speed region lower than the vehicle speed, the driver cannot see the front gazing point corresponding to the forward gazing time T _gaze , and performs steering on the basis of visual information above the parting line.

そこで、この車速領域では、見切り線上に前方注視点を仮定し、見切り線に消失する到達予測点（見切り線上の前方注視点）の方向と、ハンドルの基準位置の方向とを一致させるヨー角速度ゲインを求める。 Therefore, in this vehicle speed region, assuming a forward gazing point on the parting line, the yaw angular velocity gain that matches the direction of the predicted arrival point (front gazing point on the parting line) with the direction of the reference position of the steering wheel Ask for.

ここで、前方注視時間Ｔ_gaze後の予測到達点（目標コース上の目標到達点）がドライバからの前方視野における見切り線上に来るときの車速ｖ₀は、見切り線俯角θ_zfview（図６（Ａ）参照）とアイポイント高ｈ_eyeとから、以下の（１７）式のように記述できる。 Here, the vehicle speed v ₀ when the predicted arrival point (target arrival point on the target course) after the forward gaze time T _{gaze is} on the parting line in the forward visual field from the driver is the parting line depression angle θ _zfview (FIG. _6A )) And eye point height h _eye can be described as the following equation (17).

上記（１７）式で表される車速ｖ₀以下では、上記（１６）式における前方注視時間Ｔ_gazeを以下の（１８）式に置き換えることによって、以下の（１９）式で表わすことができ、見切り線に消失する到達予測点（見切り線上の前方注視点）の方向とハンドルの基準位置の方向とを一致させることができる。 Below the vehicle speed v ₀ expressed by the above equation (17), the following gaze time T _gaze in the above equation (16) can be replaced by the following equation (18) to be expressed by the following equation (19): The direction of the arrival prediction point (front gaze point on the parting line) disappearing to the parting line can be matched with the direction of the reference position of the handle.

なお、上記（１９）式は、速度が小さい領域で利用する関係式であることから、分母にある車速の２乗項を無視することができ、以下の（２０）式で表される関係式に近似できる。 Note that since the above equation (19) is a relational expression used in a region where the speed is low, the square term of the vehicle speed in the denominator can be ignored, and the relational expression represented by the following expression (20): Can be approximated.

なお、Ｌ_fviewは、ドライバからの前方視界の見切り線上の道路面位置とドライバ位置との距離である。 L _fview is the distance between the road surface position on the parting line of the forward view from the driver and the driver position.

上記（２０）式は、ドライバから見たハンドル中心までの俯角と前方視界の見切り線までの俯角との相対俯角を、ドライバから見た前方視界の見切り線上に位置する道路面位置とドライバの位置との距離の半分の長さと、車両重心と後軸との間の距離との和で除した値を係数として、ヨー角速度ゲインが、上記係数と車速との積となることを表わしている。 The above equation (20) indicates that the relative depression angle between the depression angle to the handle center viewed from the driver and the depression angle to the parting line of the front view is the road surface position and the driver position on the parting line of the front view seen from the driver. The yaw angular velocity gain is the product of the coefficient and the vehicle speed, with the value obtained by dividing the length of the distance between the vehicle center of gravity and the distance between the center of gravity of the vehicle and the rear axle as a coefficient.

以上のようにハンドルの舵角に対するヨー角速度の特性を設定することによって、前方注視点がドライバからの前方視野における見切り線より上に存在する車速領域において、ドライバの視点から見た、ハンドルの基準位置の方向と前方注視点の方向とを一致させることができ、上記車速領域より低い車速領域では、ハンドルの基準位置の方向と見切り線上に仮定した前方注視点の方向と一致させることができるため、微低速から高速領域まで常に望ましい車両運動特性が得られ、車両との一体感が向上する。また、前方注視点を見切り線上に設定する微低速領域では、速度に依らず一定距離先の車両到達点を前方注視点とすることで、前方注視時間は車速に反比例した値となる。この点は、前方注視時間一定と仮定した従来技術と異なり、車速に比例した前方注視時間を設定することによって車速に比例したヨー角速度ゲインが実現されギヤ比がクイックになりすぎる、という課題を解決する。 By setting the characteristics of the yaw angular velocity with respect to the steering angle of the steering wheel as described above, in the vehicle speed region where the forward gazing point is above the parting line in the forward visual field from the driver, the steering wheel reference viewed from the driver's viewpoint The direction of the position and the direction of the forward gazing point can be matched, and in the vehicle speed range lower than the vehicle speed range, the direction of the reference position of the steering wheel and the direction of the forward gazing point assumed on the parting line can be matched. Desirable vehicle motion characteristics are always obtained from a very low speed to a high speed range, and a sense of unity with the vehicle is improved. Further, in the very low speed region set on the parting line for the forward gazing point, the forward gazing time is a value inversely proportional to the vehicle speed by setting the vehicle arrival point a certain distance ahead as the forward gazing point regardless of the speed. This solves the problem that, unlike the conventional technology that assumes a constant forward gaze time, a yaw angular velocity gain proportional to the vehicle speed is realized by setting a forward gaze time proportional to the vehicle speed, and the gear ratio becomes too quick. To do.

本実施の形態では、ヨー角速度とハンドルの舵角の比であるヨー角速度ゲインｋ（ハンドルの舵角からヨー角速度までのヨー角速度ゲイン）と、車速ｖとの関係を示すマップを求めるために、前方注視点がドライバからの前方視野における見切り線より上に存在する車速領域では、上記（１６）式に基づいてヨー角速度ゲインを算出し、また、上記車速領域より低い車速領域では、上記（２０）式に基づいてヨー角速度ゲインを算出した。これによって、図７に示すような、ヨー角速度ゲインｋと車速ｖとの関係を示すマップが得られる。なお、図７中の式は、上記（１６）式、（２０）式を、車速の関数として簡略的に記載したものである。 In this embodiment, in order to obtain a map showing the relationship between the yaw angular velocity gain k (yaw angular velocity gain from the steering angle of the steering wheel to the yaw angular velocity), which is the ratio of the yaw angular velocity and the steering angle of the steering wheel, and the vehicle speed v, In the vehicle speed region where the forward gazing point is above the parting line in the forward visual field from the driver, the yaw angular velocity gain is calculated based on the above equation (16), and in the vehicle speed region lower than the vehicle speed region, the above (20 ) To calculate the yaw angular velocity gain. As a result, a map showing the relationship between the yaw angular velocity gain k and the vehicle speed v as shown in FIG. 7 is obtained. Note that the equations in FIG. 7 simply describe the above equations (16) and (20) as a function of vehicle speed.

以上説明した原理に基づいて、本実施の形態に係る車両操舵装置１０のマップ記憶手段３０には、上記図７に示すような、車速とヨー角速度ゲインとの関係を定めたマップが記憶されている。 Based on the principle described above, the map storage means 30 of the vehicle steering apparatus 10 according to the present embodiment stores a map that defines the relationship between the vehicle speed and the yaw angular velocity gain as shown in FIG. Yes.

ヨーゲイン算出手段３２は、車速センサ２６によって検出された車速に対応するヨー角速度ゲインの目標値を、マップ記憶手段３０に記憶されたマップに従って算出する。 The yaw gain calculation means 32 calculates the target value of the yaw angular speed gain corresponding to the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 26 according to the map stored in the map storage means 30.

次に、上記のマップに基づいて算出される目標とするヨー角速度ゲインを実現するための制御方法について説明する。 Next, a control method for realizing a target yaw angular velocity gain calculated based on the map will be described.

目標とするヨー角速度ゲインは、ハンドルと前輪の実舵角を転舵する機構との間に設けたステアリングギヤ比可変機構１６の特性を、車速に応じてアクティブに変更することにより実現される。前輪の実舵角δ_fとヨー角速度ｒとの間には、車両運動の動特性を無視すると、以下の（２１）式で表される関係が成立している。 The target yaw angular velocity gain is realized by actively changing the characteristic of the steering gear ratio variable mechanism 16 provided between the steering wheel and the mechanism that steers the actual steering angle of the front wheels according to the vehicle speed. If the dynamic characteristic of the vehicle motion is ignored between the actual steering angle δ _{f of the} front wheels and the yaw angular velocity r, a relationship represented by the following equation (21) is established.

ただし、Ｃ_fは、前輪コーナリングパワーである。ハンドルの舵角δ_swと前輪実舵角δ_fとの間のステアリングギヤ比をｇ_swとすると、以下の（２２）式の関係が得られる。 Here, C _f is the front wheel cornering power. When the steering gear ratio between the steering angle δ _sw of the steering wheel and the actual steering angle δ _{f of the} front wheels is g _sw , the following relationship (22) is obtained.

上記（２１）式、（２２）式により、上記図７に示すマップから算出されるヨー角速度ゲインｋを実現するためのステアリングギヤ比ｇ_swは、以下の（２３）式で表される。 The steering gear ratio g _sw for realizing the yaw angular velocity gain k calculated from the map shown in FIG. 7 by the equations (21) and (22) is expressed by the following equation (23).

ギヤ比算出手段３４は、上記（２３）式に従って、ヨーゲイン算出手段３２によって算出された目標とするヨー角速度ゲインｋと、車速センサ２６によって検出された車速ｖとに基づいて、ステアリングギヤ比を算出する。 The gear ratio calculation means 34 calculates the steering gear ratio based on the target yaw angular velocity gain k calculated by the yaw gain calculation means 32 and the vehicle speed v detected by the vehicle speed sensor 26 according to the above equation (23). To do.

ギヤ比制御手段３６は、算出されたステアリングギヤ比に変更するようにギヤ比指令信号をステアリングギヤ比可変機構１６へ出力して、ステアリングギヤ比を制御する。 The gear ratio control means 36 outputs a gear ratio command signal to the steering gear ratio variable mechanism 16 so as to change to the calculated steering gear ratio, thereby controlling the steering gear ratio.

次に、本実施の形態に係る車両操舵装置１０の作用について説明する。車両操舵装置１０を搭載した車両の走行中に、コンピュータ２４において、図８に示すギヤ比制御処理ルーチンが実行される。 Next, the operation of the vehicle steering apparatus 10 according to the present embodiment will be described. A gear ratio control processing routine shown in FIG. 8 is executed in the computer 24 while the vehicle equipped with the vehicle steering device 10 is traveling.

まず、ステップ１００において、車速センサ２６より検出された車速を取得する。そして、ステップ１０２において、マップ記憶手段３０に記憶されたマップに従って、上記ステップ１００で取得した車速からヨー角速度ゲインの目標値を算出する。 First, in step 100, the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 26 is acquired. In step 102, the target value of the yaw angular velocity gain is calculated from the vehicle speed acquired in step 100 according to the map stored in the map storage unit 30.

次のステップ１０４では、上記ステップ１００で取得した車速と上記ステップ１０２で算出されたヨー角速度ゲインの目標値とから、上記（２３）式に従って、ヨー角速度ゲインの目標値を実現するためのステアリングギヤ比を算出する。そして、ステップ１０６において、上記ステップ１０４で算出されたステアリングギヤ比に変更するようにギヤ比指令信号をステアリングギヤ比可変機構１６へ出力して、ステアリングギヤ比を制御し、上記ステップ１００へ戻る。 In the next step 104, the steering gear for realizing the target value of the yaw angular velocity gain according to the above equation (23) from the vehicle speed acquired in step 100 and the target value of the yaw angular velocity gain calculated in step 102. Calculate the ratio. In step 106, a gear ratio command signal is output to the steering gear ratio variable mechanism 16 so as to change to the steering gear ratio calculated in step 104, the steering gear ratio is controlled, and the process returns to step 100.

上記の処理が繰り返し実行されることにより、繰り返し算出されたヨー角速度ゲインの目標値が各々実現される。 By repeatedly executing the above processing, the repeatedly calculated yaw angular velocity gain target values are realized.

次に、本実施の形態における車速とヨー角速度ゲインとの目標特性を、従来技術と比較した結果について説明する。 Next, the result of comparing the target characteristics of the vehicle speed and the yaw angular velocity gain in the present embodiment with those of the prior art will be described.

図９では、車速とヨー角速度ゲインの関係について、従来技術として固定ギヤ比の車両を用いた場合の特性と、本実施の形態で提案した目標特性とを比較して示している。上記（２３）式の制御則は、破線で示した固定ギヤ比のときの特性を、実線で示した目標特性に変更するためのギヤ比となっている。このようなヨー角速度ゲインの設定によって、到達予測軌跡上（目標コース上）の前方注視点の方向とハンドルの基準位置の方向とを一致させることが達成され、ドライバは「これから向かいたい目標の方向にハンドルを向ける」という自然な操作によって滑らかな運転が実現でき、車両との一体感や操作性の評価を向上させることができる。また、ハンドルの切り過ぎや操舵不足に伴う修正操舵を減らし、車両の安定性を向上することもできる。 In FIG. 9, the relationship between the vehicle speed and the yaw angular velocity gain is shown by comparing the characteristic when a vehicle with a fixed gear ratio is used as the prior art and the target characteristic proposed in the present embodiment. The control law of the above equation (23) is a gear ratio for changing the characteristic at the fixed gear ratio indicated by the broken line to the target characteristic indicated by the solid line. By setting the yaw angular velocity gain in this way, the direction of the forward gazing point on the predicted arrival trajectory (on the target course) and the direction of the reference position of the steering wheel are achieved. Smooth operation can be realized by the natural operation of “turning the steering wheel toward the vehicle”, and the evaluation of unity and operability with the vehicle can be improved. In addition, it is possible to reduce the correction steering due to excessive turning of the steering wheel or insufficient steering and improve the stability of the vehicle.

以上説明したように、第１の実施の形態に係る車両操舵装置によれば、車速が所定値以上の領域において、ドライバの視点から見た、車両の走行する目標コース上の予め定められた前方注視時間後の目標到達点の方向と、ハンドルの基準位置の方向とを一致させると共に、車速が所定値未満の領域において、ドライバの視点から見た、見切り線上に設定された目標到達点の方向と、ハンドルの基準位置の方向とを一致させるように定められた車速とヨー角速度ゲインとの関係を示すマップに従って、ヨー角速度ゲインの目標値を算出し、ステアリングギヤ比を制御することにより、運転の安定性を低下させずに、車両とドライバとの一体感を向上させることができ、ドライバの感覚に合った操舵を行うことができる。 As described above, according to the vehicle steering apparatus according to the first embodiment, in a region where the vehicle speed is equal to or higher than the predetermined value, the predetermined front on the target course on which the vehicle travels is viewed from the viewpoint of the driver. The direction of the target reaching point set on the parting line as seen from the driver's viewpoint in the area where the vehicle speed is less than the predetermined value while matching the direction of the target reaching point after the gaze time and the direction of the reference position of the steering wheel According to a map showing the relationship between the vehicle speed and the yaw angular velocity gain determined so that the direction of the steering wheel and the reference position of the steering wheel coincide with each other, the target value of the yaw angular velocity gain is calculated, and the steering gear ratio is controlled, thereby driving the vehicle. Without lowering the stability of the vehicle, it is possible to improve the sense of unity between the vehicle and the driver, and it is possible to perform steering in accordance with the driver's feeling.

また、ドライバから見た、ハンドルの基準位置の方向を前方注視点の方向に一致させることによって、車両との一体感が向上する点に着目し、ドライバから見える前方注視点の方向とハンドルの基準位置の方向（操舵方向）が一致するようなヨー角速度ゲインの設定を行う。また、前方注視時間を一定と仮定する場合、微低速では前方注視点がドライバからのフロント見切り線に隠れてしまう。このような微低速の速度領域では、ドライバはなるべく車両の直近を見ようとする結果、見切り線上を注視する点に着目し、見切り線上の前方注視点、すなわちこれから車両が到達する点の方向とハンドルの基準位置の方向とを一致させるようなヨー角速度ゲインの設定を行う。このようなヨー角速度ゲインの設定によって、微低速から高速領域まで常に望ましい車両運動特性が得られ、車両との一体感が向上する。 Also, focusing on the fact that the sense of unity with the vehicle is improved by matching the direction of the reference position of the steering wheel as seen from the driver with the direction of the forward gazing point, the direction of the forward gazing point visible from the driver and the reference of the steering wheel The yaw angular velocity gain is set so that the direction of the position (steering direction) matches. Further, when it is assumed that the forward gaze time is constant, the front gaze point is hidden by the front parting line from the driver at a very low speed. In such a very low speed range, the driver focuses on the point of gaze on the parting line as a result of trying to look as close as possible to the vehicle, and the front gazing point on the parting line, that is, the direction of the point where the vehicle will reach from now and the steering wheel The yaw angular velocity gain is set so as to match the direction of the reference position. By setting such a yaw angular velocity gain, desirable vehicle motion characteristics can be obtained from a very low speed to a high speed region, and the sense of unity with the vehicle is improved.

次に、第２の実施の形態に係る車両操舵装置について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。 Next, a vehicle steering apparatus according to a second embodiment will be described. In addition, about the part which becomes the structure similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

第２の実施の形態では、ヨー角速度の目標値を算出して、ヨー角速度の目標値を実現するようにステアリングギヤ比を制御している点が、第１の実施の形態と主に異なっている。 The second embodiment is different from the first embodiment mainly in that the target value of the yaw angular velocity is calculated and the steering gear ratio is controlled so as to realize the target value of the yaw angular velocity. Yes.

図１０に示すように、第２の実施の形態に係る車両操舵装置のコンピュータ２２４は、マップ記憶手段３０と、車速センサ２６からの車速及び操舵角センサ２２８からの舵角に基づいて、マップ記憶手段３０に記憶されたマップに従って、ヨー角速度の目標値を算出するヨーレート算出手段２３２と、算出されたヨー角速度を実現するステアリングギヤ比を算出するギヤ比算出手段２３４と、ギヤ比制御手段３６とを備えている。 As shown in FIG. 10, the computer 224 of the vehicle steering apparatus according to the second embodiment stores the map on the basis of the map storage means 30, the vehicle speed from the vehicle speed sensor 26 and the steering angle from the steering angle sensor 228. According to the map stored in the means 30, the yaw rate calculation means 232 for calculating the target value of the yaw angular velocity, the gear ratio calculation means 234 for calculating the steering gear ratio for realizing the calculated yaw angular velocity, the gear ratio control means 36, It has.

ヨーレート算出手段２３２は、車速センサ２６によって検出された車速に対応するヨー角速度ゲインを、マップ記憶手段３０に記憶されたマップに従って算出し、算出したヨー角速度ゲインと、操舵角センサ２２８によって検出されたハンドルの舵角とに基づいて、ヨー角速度の目標値を算出する。 The yaw rate calculation means 232 calculates a yaw angular speed gain corresponding to the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 26 according to the map stored in the map storage means 30, and is calculated by the calculated yaw angular speed gain and the steering angle sensor 228. Based on the steering angle of the steering wheel, a target value of the yaw angular velocity is calculated.

ギヤ比算出手段２３４は、ヨーレート算出手段２３２によって算出された目標とするヨー角速度ｒと、車速センサ２６によって検出された車速ｖとに基づいて、上記（２１）式に従って、目標とするヨー角速度ｒを実現する前輪実舵角δ_fを算出し、算出された前輪実舵角δ_fと、操舵角センサ２２８によって検出されたハンドルの舵角δ_ｓｗとに基づいて、上記（２２）式に従って、ステアリングギヤ比を算出する。 The gear ratio calculation unit 234 calculates the target yaw angular velocity r according to the above equation (21) based on the target yaw angular velocity r calculated by the yaw rate calculation unit 232 and the vehicle speed v detected by the vehicle speed sensor 26. The actual front wheel steering angle δ _f for realizing the above is calculated, and the calculated actual front wheel steering angle δ _f and the steering angle δ _sw of the steering wheel detected by the steering angle sensor 228, according to the above equation (22), Calculate the steering gear ratio.

次に、第２の実施の形態に係るギヤ比制御処理ルーチンについて説明する。 Next, a gear ratio control processing routine according to the second embodiment will be described.

まず、車速センサ２６より検出された車速及び操舵角センサ２２８より検出されたハンドルの舵角の各々を取得する。そして、マップ記憶手段３０に記憶されたマップに従って、上記で取得した車速及びハンドルの舵角からヨー角速度の目標値を算出する。 First, the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 26 and the steering angle of the steering wheel detected by the steering angle sensor 228 are acquired. And according to the map memorize | stored in the map memory | storage means 30, the target value of yaw angular velocity is calculated from the vehicle speed and steering angle which were acquired above.

次に、上記で取得した車速と上記で算出されたヨー角速度の目標値とから、上記（２１）式、（２２）式に従って、ヨー角速度の目標値を実現するためのステアリングギヤ比を算出する。そして、上記で算出されたステアリングギヤ比に変更するようにギヤ比指令信号をステアリングギヤ比可変機構１６へ出力して、ステアリングギヤ比を制御し、最初の処理へ戻る。 Next, the steering gear ratio for realizing the target value of the yaw angular velocity is calculated from the vehicle speed acquired above and the target value of the yaw angular velocity calculated above according to the above formulas (21) and (22). . Then, a gear ratio command signal is output to the steering gear ratio variable mechanism 16 so as to change to the steering gear ratio calculated above, the steering gear ratio is controlled, and the process returns to the first process.

上記の処理が繰り返し実行されることにより、繰り返し算出されたヨー角速度の目標値が各々実現される。 By repeatedly executing the above processing, the repeatedly calculated yaw angular velocity target values are realized.

以上説明したように、第２の実施の形態に係る車両操舵装置によれば、車速が所定値以上の領域において、ドライバの視点から見た、車両の走行する目標コース上の予め定められた前方注視時間後の目標到達点の方向と、ハンドルの基準位置の方向とを一致させると共に、車速が所定値未満の領域において、ドライバの視点から見た、見切り線上に設定された目標到達点の方向と、ハンドルの基準位置の方向とを一致させるように定められた車速とヨー角速度ゲインとの関係を示すマップに従って、ヨー角速度の目標値を算出し、ステアリングギヤ比を制御することにより、運転の安定性を低下させずに、車両とドライバとの一体感を向上させることができ、ドライバの感覚に合った操舵を行うことができる。 As described above, according to the vehicle steering apparatus according to the second embodiment, in a region where the vehicle speed is equal to or higher than the predetermined value, the predetermined front on the target course on which the vehicle travels is viewed from the viewpoint of the driver. The direction of the target reaching point set on the parting line as seen from the driver's viewpoint in the area where the vehicle speed is less than the predetermined value while matching the direction of the target reaching point after the gaze time and the direction of the reference position of the steering wheel According to a map showing the relationship between the vehicle speed and the yaw angular speed gain determined so as to match the direction of the reference position of the steering wheel, by calculating the target value of the yaw angular speed and controlling the steering gear ratio, The sense of unity between the vehicle and the driver can be improved without lowering the stability, and steering suitable for the driver's feeling can be performed.

次に、第３の実施の形態に係る車両操舵装置について説明する。なお、第３の実施の形態に係る車両操舵装置の構成は、第１の実施の形態と同様の構成となるため、同一符号を付して説明を省略する。 Next, a vehicle steering apparatus according to a third embodiment will be described. In addition, since the structure of the vehicle steering device which concerns on 3rd Embodiment becomes a structure similar to 1st Embodiment, it attaches | subjects the same code | symbol and abbreviate | omits description.

第３の実施の形態では、車両操舵装置が後輪操舵車両に搭載されている点が、第１の実施の形態と主に異なっている。 The third embodiment is mainly different from the first embodiment in that the vehicle steering device is mounted on the rear wheel steering vehicle.

後輪操舵車両は、後輪の舵角を制御することによってヨー角速度に対する車体スリップ角の特性を自由に設定することができる。そこで、第３の実施の形態では、たとえば、後輪を操舵しないときのヨー角速度と横スリップ角の特性を示す上記（７）式に対し、車速に応じたゲインｋ_β（ｖ）を乗じた以下の（２４）式を、上記（５）式に代入する。 The rear wheel steering vehicle can freely set the characteristic of the vehicle body slip angle with respect to the yaw angular velocity by controlling the steering angle of the rear wheel. Therefore, in the third embodiment, for example, the above equation (7) indicating the characteristics of the yaw angular velocity and the lateral slip angle when the rear wheel is not steered is multiplied by a gain k _β (v) corresponding to the vehicle speed. The following equation (24) is substituted into the above equation (5).

第１の実施の形態と同様の整理を施すことにより、以下の（２５）式、（２６）式で表されるヨー角速度ゲインの目標特性が得られる。 By performing the same arrangement as in the first embodiment, the target characteristic of the yaw angular velocity gain expressed by the following equations (25) and (26) can be obtained.

上述したように、本実施の形態では、ヨー角速度とハンドルの舵角の比であるヨー角速度ゲインｋと、車速ｖとの関係を示すマップを求めるために、前方注視点がドライバからの前方視野における見切り線より上に存在する車速領域では、上記（２５）式に基づいてヨー角速度ゲインを算出し、また、上記車速領域より低い車速領域では、上記（２６）式に基づいてヨー角速度ゲインを算出して、ヨー角速度ゲインｋと車速ｖとの関係を示すマップを求め、マップ記憶手段３０に記憶しておく。 As described above, in the present embodiment, in order to obtain a map showing the relationship between the yaw angular velocity gain k, which is the ratio of the yaw angular velocity and the steering angle of the steering wheel, and the vehicle speed v, the front gazing point is the front view from the driver. In the vehicle speed region existing above the parting line in FIG. 5, the yaw angular velocity gain is calculated based on the above equation (25), and in the vehicle speed region lower than the vehicle speed region, the yaw angular velocity gain is calculated based on the above equation (26). A map indicating the relationship between the yaw angular velocity gain k and the vehicle speed v is calculated and stored in the map storage means 30.

なお、第３の実施の形態に係る車両操舵装置の他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。 In addition, about the other structure and effect | action of the vehicle steering apparatus which concern on 3rd Embodiment, since it is the same as that of 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted.

次に、第３の実施の形態における車速とヨー角速度ゲインとの目標特性を、前輪操舵車両（２ＷＳ車両）の場合と比較した結果について説明する。 Next, the result of comparing the target characteristics of the vehicle speed and the yaw angular velocity gain in the third embodiment with those of a front wheel steering vehicle (2WS vehicle) will be described.

図１１は、すべての車速域で後輪を操舵しない車両において生じる車体スリップ角の半分の車体スリップ角が生じるように後輪を制御したときの後輪操舵車両における車速と目標のヨー角速度ゲインの特性（図１１の破線参照）を、２ＷＳ車両の場合（図１１の実線参照）と比較して示した図である。すなわち、車体スリップ角のゲインを以下の（２７）式のように設定したときの後輪操舵車両における車速と目標のヨー角速度ゲインの特性を２ＷＳ車両の場合と比較して示した図である。 FIG. 11 shows the vehicle speed and the target yaw angular velocity gain of the rear wheel steering vehicle when the rear wheel is controlled so that a vehicle body slip angle that is half the vehicle body slip angle generated in a vehicle that does not steer the rear wheel in all vehicle speed ranges is generated. It is the figure which showed the characteristic (refer the broken line of FIG. 11) compared with the case (refer the continuous line of FIG. 11) of 2WS vehicle. That is, it is a diagram showing the characteristics of the vehicle speed and the target yaw angular velocity gain in the rear wheel steering vehicle when the gain of the vehicle body slip angle is set as in the following equation (27), compared with the case of the 2WS vehicle.

車体スリップ角が旋回外向きに生じる低速領域では、２ＷＳ車両と比較してヨー角速度ゲインの目標値を大きくするとともに、車体スリップ角が旋回内向きに生じる高速領域では、２ＷＳ車両と比較してヨー角速度ゲインの目標値を小さく設定することによって、到達予測軌跡上の前方注視点の方向とハンドルの基準位置の方向とを一致させることが達成される。これにより、ドライバは「これから向かいたい目標の方向にハンドルを向ける」という自然な操作によって滑らかな運転が実現でき、車両との一体感や操作性の評価を向上させることができる。 In the low speed region where the vehicle body slip angle is generated in the outward direction of the turn, the target value of the yaw angular velocity gain is increased as compared with the 2WS vehicle, and in the high speed region where the vehicle body slip angle is generated in the direction of the turn inward, the yaw is compared with the 2WS vehicle. By setting the target value of the angular velocity gain to be small, it is achieved that the direction of the forward gazing point on the arrival prediction locus coincides with the direction of the reference position of the handle. Accordingly, the driver can realize a smooth driving by a natural operation of “turning the steering wheel in a target direction that he or she wants to face”, and can improve evaluation of unity with the vehicle and operability.

次に、第４の実施の形態に係る車両操舵装置について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。 Next, a vehicle steering apparatus according to a fourth embodiment will be described. In addition, about the part which becomes the structure similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

第４の実施の形態では、車速に応じたステアリングギヤ比を機構的に実現している点が、第１の実施の形態と主に異なっている。 The fourth embodiment is mainly different from the first embodiment in that the steering gear ratio according to the vehicle speed is mechanically realized.

図１２に示すように、第４の発明の実施の形態に係る車両操舵装置４１０は、ステアリングホイール１２に連動する回動軸１４に連結されたピニオン４２０が、図示を省略した操舵輪に連結されたラック軸２２に噛合している。 As shown in FIG. 12, a vehicle steering apparatus 410 according to an embodiment of the fourth invention has a pinion 420 connected to a rotating shaft 14 that is linked to the steering wheel 12 connected to a steering wheel (not shown). Meshed with the rack shaft 22.

従って、ステアリングホイール１２の回転が、回動軸１４を介して、ピニオン４２０に伝わり、ラック軸２２がその軸方向（図１の矢印Ｗ方向）へ移動することによって、操舵輪が転舵するようになっている。 Accordingly, the rotation of the steering wheel 12 is transmitted to the pinion 420 via the rotation shaft 14, and the steering wheel is steered by the rack shaft 22 moving in the axial direction (the direction of arrow W in FIG. 1). It has become.

第４の実施の形態では、車両の構造が、以下のように設計されている。 In the fourth embodiment, the structure of the vehicle is designed as follows.

まず、上記（２１）式、（２２）式により、以下の（２８）式が得られる。 First, the following equation (28) is obtained from the above equations (21) and (22).

また、ヨー角速度とハンドルの舵角とは、以下の（２９）式の関係が成り立つ。 Further, the following equation (29) is established between the yaw angular velocity and the steering angle of the steering wheel.

そして、上記（２８）式、（２９）式により、ステアリングギヤ比を固定とした場合の特性（ヨー角速度ゲインの車速依存性）を、上記第１の実施の形態で説明した上記図７の実線が示す車速ｖとヨー角速度ゲインｋとの関係に近づけるような、車両の設計パラメータｌ_f、Ｃ_f、ｌ_r、Ｃ_rと、固定のステアリングギヤ比ｇ_swとを求める。 Then, according to the equations (28) and (29), the characteristic when the steering gear ratio is fixed (the vehicle speed dependence of the yaw angular velocity gain) is shown by the solid line in FIG. 7 described in the first embodiment. The vehicle design parameters l _f , C _f , l _r , C _r and the fixed steering gear ratio g _sw are calculated so as to approximate the relationship between the vehicle speed v and the yaw angular velocity gain k shown in FIG.

求められた車両の設計パラメータｌ_f、Ｃ_f、ｌ_r、Ｃ_rに従って車両の構造を設計すると共に、求められた固定のステアリングギヤ比ｇ_swを実現するようにピニオン４２０のピニオンギヤを設計する。 Design parameters l _f of the vehicle obtained, C _f, l _r, while designing the structure of a vehicle according to C _r, designing the pinion gear of the pinion 420 so as to realize the steering gear ratio g _sw fixed obtained.

本実施の形態に係る車両操舵装置４１０を搭載した車両は、ピニオン４２０のピニオンギヤ及び車両の諸源により、車速に応じたヨー角速度ゲインの目標値に近い特性を実現することができる。 A vehicle equipped with the vehicle steering device 410 according to the present embodiment can achieve characteristics close to the target value of the yaw angular velocity gain according to the vehicle speed by the pinion gear of the pinion 420 and various sources of the vehicle.

なお、上記の第１の実施の形態〜第４の実施の形態では、前輪又は後輪の操舵を制御する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、前輪及び後輪の双方の操舵を制御するようにしてもよい。 In the first to fourth embodiments, the case where the steering of the front wheels or the rear wheels is controlled has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. You may make it control both steering.

１０、４１０車両操舵装置
１２ステアリングホイール
１６ステアリングギヤ比可変機構
２０、４２０ピニオン
２４、２２４コンピュータ
２６車速センサ
３０マップ記憶手段
３２ヨーゲイン算出手段
３４、２３４ギヤ比算出手段
３６ギヤ比制御手段
２２８操舵角センサ
２３２ヨーレート算出手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,410 Vehicle steering device 12 Steering wheel 16 Steering gear ratio variable mechanism 20, 420 Pinion 24, 224 Computer 26 Vehicle speed sensor 30 Map storage means 32 Yaw gain calculation means 34, 234 Gear ratio calculation means 36 Gear ratio control means 228 Steering angle sensor 232 Yaw rate calculation means

Claims

車速が所定値以上の領域において、ドライバの視点から見た、車両の走行する目標コース上の予め定められた前方注視時間後の目標到達点の方向と、ハンドルの基準位置の方向とを対応させると共に、車速が所定値未満の領域において、ドライバからの前方視界の見切り線上の目標到達点の方向と、ハンドルの基準位置の方向とを対応させるように予め定められた、前記ハンドルの舵角と車両に発生するヨー角速度との関係を実現する操舵装置。 In a region where the vehicle speed is equal to or higher than a predetermined value, the direction of the target arrival point after a predetermined forward gaze time on the target course on which the vehicle travels is associated with the direction of the reference position of the steering wheel as viewed from the driver's viewpoint In addition, in the region where the vehicle speed is less than a predetermined value, the steering angle of the steering wheel, which is determined in advance so as to correspond the direction of the target reaching point on the parting line of the forward view from the driver and the direction of the reference position of the steering wheel, A steering device that realizes a relationship with a yaw angular velocity generated in a vehicle.

前記ハンドルの舵角と車両に発生するヨー角速度との関係を、前記ハンドルの舵角から車両に発生するヨー角速度までのヨー角速度ゲインとし、
予め定められた前記ヨー角速度ゲインと車速との関係を実現するようにした請求項１記載の操舵装置。 The relationship between the steering angle of the steering wheel and the yaw angular velocity generated in the vehicle is a yaw angular velocity gain from the steering angle of the steering wheel to the yaw angular velocity generated in the vehicle,
The steering apparatus according to claim 1, wherein a predetermined relationship between the yaw angular velocity gain and the vehicle speed is realized.

前記ヨー角速度ゲインと車速との関係は、
車速が所定値未満の領域において、ヨー角速度ゲインが車速に対して比例し、車速が所定値以上の領域において、ヨー角速度ゲインが、分子の定数項のみ負の係数を有し、かつ、分子の他の項及び分母の項は正の係数を有する２次分の１次の有理関数である車速の関数により算出された値となるように定められた請求項２記載の操舵装置。 The relationship between the yaw angular velocity gain and the vehicle speed is
In the region where the vehicle speed is less than the predetermined value, the yaw angular velocity gain is proportional to the vehicle speed. 3. The steering apparatus according to claim 2, wherein the other term and the denominator term are determined to be values calculated by a function of vehicle speed, which is a rational function of the second-order linear having a positive coefficient.

前記ヨー角速度ゲインと車速との関係は、車速が所定値未満の領域において、ドライバから見たハンドル中心までの俯角と前方視界の見切り線までの俯角との相対俯角を、ドライバから見た前方視界の見切り線上に位置する道路面位置とドライバの位置との距離の半分の長さと、車両重心と後軸との間の距離との和で除した値を係数として、ヨー角速度ゲインが、前記係数と車速との積となるように定められた請求項３記載の操舵装置。 The relationship between the yaw angular velocity gain and the vehicle speed is such that, in a region where the vehicle speed is less than a predetermined value, the relative depression angle between the depression angle to the handle center viewed from the driver and the depression angle to the parting line of the front view is the front view seen from the driver. The yaw angular velocity gain is calculated by dividing the length of half the distance between the road surface position on the parting line and the driver's position by the sum of the distance between the center of gravity of the vehicle and the rear axle as a coefficient. The steering apparatus according to claim 3, wherein the steering apparatus is determined to be a product of a vehicle speed and a vehicle speed.

車両のステアリングギヤ比によって前記ハンドルの操舵角とヨー角速度との関係を実現する請求項１〜請求項４の何れか１項記載の操舵装置。 The steering apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein a relationship between a steering angle of the steering wheel and a yaw angular velocity is realized by a steering gear ratio of the vehicle.

前記前方注視時間を、２．５秒〜３．５秒とした請求項１〜請求項５の何れか１項記載の操舵装置。 The steering apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the forward gaze time is 2.5 seconds to 3.5 seconds.

前記所定値を、前記前方注視時間後の目標到達点がドライバからの前方視界の見切り線上に位置するときの車速とした請求項１〜請求項６の何れか1項記載の操舵装置。 The steering apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the predetermined value is a vehicle speed when a target arrival point after the forward gazing time is located on a parting line of a forward view from a driver.

前記車両の車速を検出する車速検出手段と、
前記車速検出手段によって検出された車速及び前記予め定められた前記ハンドルの舵角と前記ヨー角速度との関係に基づいて、ヨー角速度ゲインを算出するヨー角速度ゲイン算出手段と、
前記ヨー角速度ゲイン算出手段によって算出されたヨー角速度ゲインを実現するように、ステアリングギヤ比を制御する制御手段と、
を含む請求項１〜請求項７の何れか１項記載の操舵装置。 Vehicle speed detecting means for detecting the vehicle speed of the vehicle;
A yaw angular speed gain calculating means for calculating a yaw angular speed gain based on the vehicle speed detected by the vehicle speed detecting means and the predetermined relationship between the steering angle of the steering wheel and the yaw angular speed;
Control means for controlling the steering gear ratio so as to realize the yaw angular speed gain calculated by the yaw angular speed gain calculating means;
The steering apparatus according to claim 1, comprising:

前記車両の車速を検出する車速検出手段と、
前記車速検出手段によって検出された車速及び前記予め定められた前記ハンドルの舵角と前記ヨー角速度との関係に基づいて、目標ヨー角速度を算出するヨー角速度算出手段と、
前記ヨー角速度算出手段によって算出された目標ヨー角速度を実現するように、ステアリングギヤ比を制御する制御手段と、
を含む請求項１〜請求項７の何れか１項記載の操舵装置。 Vehicle speed detecting means for detecting the vehicle speed of the vehicle;
Yaw angular velocity calculating means for calculating a target yaw angular velocity based on the vehicle speed detected by the vehicle speed detecting means and the predetermined relationship between the steering angle of the steering wheel and the yaw angular velocity;
Control means for controlling the steering gear ratio so as to realize the target yaw angular speed calculated by the yaw angular speed calculating means;
The steering apparatus according to claim 1, comprising: