CN111252140A - 转向判定装置及自动驾驶系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种转向判定装置，其基于转向轴的转向扭矩判定车辆的驾驶员是否处于正在对车辆的方向盘进行转向操作的转向状态。转向判定装置具备：扭矩识别部，其基于设置在转向轴上的扭矩传感器的检测结果，识别转向扭矩；加速度识别部，其基于车辆的加速度传感器的检测结果，识别车辆的前后方向的前后加速度或车辆的左右方向的左右加速度；阈值设定部，其基于前后加速度或左右加速度，设定用于判定转向状态的阈值；以及转向判定部，其在转向扭矩为阈值以上的情况下，判定为驾驶员处于转向状态。阈值设定部以前后加速度或左右加速度的绝对值越小则阈值越小的方式设定阈值。

Description

转向判定装置及自动驾驶系统
本申请基于2018年11月30日向日本专利局申请的专利申请第2018-225340号要求优先权，在本说明书中引用其全部内容。
技术领域
本发明涉及一种转向判定装置及自动驾驶系统。
背景技术
当前已知一种驾驶辅助装置，其在驾驶员的转向扭矩的大小为规定阈值以上时，使得由驾驶员进行的转向优先于由驾驶辅助控制进行的转向(例如日本特开2005-343184号公报)。
与驾驶辅助等控制相关联地，有时需要对驾驶员是否处于正在对车辆的方向盘进行转向操作的转向状态进行判定。作为上述转向状态的判定，在基于转向轴的转向扭矩是否为阈值以上而进行判定的情况下，有时会由于车辆行驶的影响等，虽然驾驶员没有转向意图但也错误地判定为处于转向状态。
发明内容
在本技术领域中，期望基于转向扭矩适当地判定驾驶员的转向状态。
本发明的一个方式所涉及的转向判定装置基于转向轴的转向扭矩判定车辆的驾驶员是否处于正在对车辆的方向盘进行转向操作的转向状态，该转向判定装置具备：扭矩识别部，其基于设置在转向轴上的扭矩传感器的检测结果，识别转向扭矩；加速度识别部，其基于车辆的加速度传感器的检测结果，识别车辆的前后方向的前后加速度或车辆的左右方向的左右加速度；阈值设定部，其基于前后加速度或左右加速度，设定用于判定转向状态的阈值；以及转向判定部，其在转向扭矩为阈值以上的情况下，判定为驾驶员处于转向状态，阈值设定部以前后加速度或左右加速度的绝对值越小则阈值越小的方式设定阈值。
根据本发明的一个方式所涉及的转向判定装置，通过阈值设定部，以前后加速度或左右加速度的绝对值越小则阈值越小的方式设定阈值。通过转向判定部，在转向扭矩为阈值以上的情况下，判定为驾驶员处于转向状态。由此，即使在例如虽然驾驶员没有转向意图，但与前后加速度或左右加速度对应地产生了方向盘的自旋扭矩而被基于扭矩传感器的检测结果识别为转向扭矩的情况下，也能够适当地设定阈值。其结果，能够基于转向扭矩适当地判定驾驶员的转向状态。
在一个实施方式中，阈值设定部也可以将阈值设定为，前后加速度或左右加速度的绝对值越小则阈值连续性地变小。
在一个实施方式中，阈值设定部也可以将阈值设定为，前后加速度或左右加速度的绝对值越小则阈值阶梯性地变小。
在一个实施方式中，加速度识别部也可以还识别车辆的上下方向的上下加速度，阈值设定部以上下加速度不变时前后加速度或左右加速度的绝对值越小则阈值越小的方式设定阈值。在此情况下，能够在还考虑上下加速度的同时，与前后加速度或左右加速度越小则自旋扭矩越小这一情况对应地，适当地设定阈值。
在一个实施方式中，加速度识别部也可以识别前后加速度、左右加速度及车辆的上下方向的上下加速度，阈值设定部以前后加速度及左右加速度不变时上下加速度的绝对值越小则阈值越小的方式设定阈值。在此情况下，能够与前后加速度及左右加速度不变时上下加速度越小则自旋扭矩就越小这一情况对应地，适当地设定阈值。
在一个实施方式中还可以提供一种自动驾驶系统，其在能够切换自动驾驶与手动驾驶的车辆中，基于转向扭矩执行从自动驾驶向手动驾驶切换的手动驾驶切换控制，该自动驾驶系统具备：上述转向判定装置；以及手动驾驶切换部，其在自动驾驶中转向判定部判定为驾驶员处于转向状态的情况下，执行手动驾驶切换控制。在此情况下，能够基于根据转向扭矩适当地判定出的驾驶员的转向状态这一判定结果，适当地实现向手动驾驶的切换。
如以上说明所示，根据本发明的各种方式及实施方式，能够基于转向扭矩适当地判定驾驶员的转向状态。
附图说明
图1是示出具有一个实施方式所涉及的转向判定装置的自动驾驶系统的框图。
图2是示出转向装置的一个例子的概略构成图。
图3是用于说明自旋扭矩的图。
图4A是用于说明自旋扭矩的图。
图4B是通过侧视说明图4A的自旋扭矩的图。
图5A是用于说明自旋扭矩的图。
图5B是通过侧视说明图5A的自旋扭矩的图。
图6A是示出前后阈值设定参数的一个例子的图。
图6B是示出左右阈值设定参数的一个例子的图。
图6C是示出上下阈值设定参数的一个例子的图。
图7是示出阈值设定处理的流程图。
图8是示出转向状态判定处理的流程图。
图9是示出手动驾驶切换判定处理的流程图。
图10A是示出前后阈值设定参数的另一个例子的图。
图10B是示出左右阈值设定参数的另一个例子的图。
图10C是示出上下阈值设定参数的另一个例子的图。
图11是示出转向装置的另一个例子的概略构成图。
图12是示出转向装置的又一个例子的概略构成图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。此外，在以下的说明中，对相同或相当的要素使用同一标号，省略重复说明。
图1是示出具有一个实施方式所涉及的转向判定装置50的自动驾驶系统100的框图。图1所示的自动驾驶系统100搭载于乘用车等车辆中，执行使车辆自动行驶的自动驾驶。自动驾驶是指无需驾驶员进行操作就使车辆行驶到目的地的车辆控制。车辆配置为，能够通过自动驾驶系统100在自动驾驶与手动驾驶之间进行切换。手动驾驶是指通过驾驶员的驾驶操作使车辆行驶的驾驶状态。
自动驾驶系统100执行从自动驾驶向手动驾驶切换的手动驾驶切换控制。手动驾驶切换控制基于根据扭矩传感器5的检测结果识别出的转向扭矩，从自动驾驶向手动驾驶切换。在本实施方式中，作为一个例子，在自动驾驶中的车辆接近使自动驾驶结束的地点即切换地点的情况下，自动驾驶系统100向驾驶员通知车辆接近切换地点，并基于驾驶员与接近通知相应的转向操作(例如用于接管的转向操作)所产生的转向扭矩，执行手动驾驶切换控制。此外，手动驾驶切换控制并非必须在向驾驶员通知车辆接近切换地点时执行。
转向判定装置50构成自动驾驶系统100的一部分。转向判定装置50基于车辆的转向轴的转向扭矩判定车辆的驾驶员的转向状态。本发明中的转向状态并非意味着驾驶员仅触碰方向盘的状态，而是意味着驾驶员对方向盘正在进行转向操作的状态。正在进行转向操作的状态意味着通过由驾驶员对方向盘的转向操作而使转向角改变的状态，但并不限于此，也可以包括与由驾驶员对方向盘的转向操作所产生的例如路面反作用力等暂时平衡的结果而转向角不改变的状态。自动驾驶系统100基于转向判定装置50的判定结果，执行手动驾驶切换控制。
[转向判定装置50及自动驾驶系统100的构成]
如图1所示，本实施方式所涉及的自动驾驶系统100具备集中进行自动驾驶的车辆控制的ECU[Electronic Control Unit]10。ECU 10是具有CPU[Central Processing Unit]、ROM[Read Only Memory]、RAM[Random Access Memory]、CAN[Controller Area Network]通信电路等的电子控制单元。在ECU 10中，例如通过将存储在ROM中的程序加载到RAM中，并利用CPU执行加载到RAM中的程序，从而实现各种功能。ECU 10也可以由多个电子控制单元构成。
ECU 10与GNSS[Global Navigation Satellite System]接收部1、外部传感器2、内部传感器3、地图数据库4、扭矩传感器5、HMI[Human Machine Interface]6、以及致动器7连接。
GNSS接收部1通过从三个以上的GNSS卫星接收信号而对车辆的位置(例如车辆的纬度及经度)进行定位。GNSS接收部1将已定位的车辆的位置信息向ECU 10发送。
外部传感器2是检测车辆的周边状况的检测仪器。外部传感器2包含照相机、雷达传感器的至少其中一个。
照相机是对车辆的外部状况进行拍摄的摄像仪器。照相机设置于车辆的挡风玻璃的内侧。照相机将与车辆的外部状况相关的摄像信息向ECU 10发送。照相机可以是单镜头照相机，也可以是立体照相机。立体照相机具有以再现双眼视差的方式配置的两个摄像部。立体照相机的摄像信息中还包含进深方向的信息。
雷达传感器是利用电波(例如毫米波)或光对车辆周边的障碍物进行检测的检测仪器。雷达传感器中例如包含毫米波雷达或光学雷达[LIDAR：Light Detection AndRanging]。雷达传感器通过将电波或光向车辆周边发送，并接收被障碍物反射的电波或光而检测障碍物。雷达传感器将检测出的障碍物信息向ECU 10发送。
内部传感器3是检测车辆的行驶状态的检测仪器。内部传感器3包含车速传感器、加速度传感器、以及偏航角速度传感器。车速传感器是检测车辆速度的检测仪器。作为车速传感器，例如使用设置于车辆的车轮或与车轮一体旋转的驱动轴等上的、检测车轮的转速的车轮转速传感器。车速传感器将检测出的车速信息(车轮转速信息)向ECU 10发送。
加速度传感器是检测车辆的加速度的检测仪器。加速度传感器例如包含对车辆的前后方向(纵向)的加速度即前后加速度进行检测的纵向加速度传感器、以及对车辆的左右方向(横向)的加速度即左右加速度进行检测的横向加速度传感器。加速度传感器也可以包含对车辆的上下方向的加速度即上下加速度进行检测的上下加速度传感器。加速度传感器将车辆的加速度信息向ECU 10发送。
偏航角速度传感器是检测绕车辆重心的铅垂轴的偏航角速度(旋转角速度)的检测仪器。作为偏航角速度传感器，例如可以使用陀螺仪传感器。偏航角速度传感器将检测出的车辆的偏航角速度信息向ECU 10发送。
地图数据库4是存储地图信息的数据库。地图数据库4例如在搭载于车辆上的HDD(Hard Disk Drive)内形成。地图信息中包括道路的位置信息、道路形状的信息(例如弯道、直线部的类别、弯道的曲率等)、交叉路口以及分叉口的位置信息、以及构造物的位置信息等。此外，地图数据库4也可以存储在能够与车辆进行通信的管理中心等设施的计算机中。
地图数据库4中例如预先存储有与使自动驾驶结束的地点即切换地点相关的数据。所谓切换地点是指，使车辆的自动驾驶结束、将车辆的驾驶状态从自动驾驶向手动驾驶切换的目标路径上的地点。作为切换地点，例如可以举出高速公路的出口地点、由于恶劣天气引起的交通管制的开始地点、由于事故引起的交通管制的开始地点。与切换地点相关的数据也可以存储在地图数据库4之外的数据库中。与切换地点相关的数据也可以不包含在车内的数据库中，而是利用通信功能从远程数据服务器获取。
扭矩传感器5设置于车辆的转向装置20的转向轴22上，检测转向扭矩(将在后文详细记述)。扭矩传感器5将检测出的转向扭矩信息向ECU 10发送。扭矩传感器5构成转向判定装置50的一部分。
HMI 6是用于在自动驾驶系统100和乘客(包括驾驶员)之间进行信息的输入输出的界面。HMI 6例如具备显示器、扬声器等。HMI 6根据来自ECU 10的控制信号，进行显示器的图像输出及从扬声器进行的声音输出。显示器可以是抬头显示器。
致动器7是执行车辆的行驶控制的装置。致动器7至少包括节气门致动器、制动致动器、以及转向致动器。节气门致动器根据来自ECU 10的控制信号，控制对发动机的空气供给量(节气门开度)，从而控制车辆的驱动力。此外，在车辆为混合动力车辆的情况下，除了控制对发动机的空气供给量之外，还向作为动力源的电动机输入来自ECU 10的控制信号从而控制该驱动力。在车辆为电动汽车的情况下，向作为动力源的电动机输入来自ECU 10的控制信号从而控制该驱动力。这些情况下的作为动力源的电动机构成致动器7的一部分。
制动致动器根据来自ECU 10的控制信号而控制制动系统，控制向车辆的车轮施加的制动力。作为制动系统，例如可以使用液压制动系统。转向致动器根据来自ECU 10的控制信号，对电动助力转向[EPS：ElectricPower-Steering]装置中的EPS电动机的驱动进行控制。
接下来，对车辆的转向装置20及由扭矩传感器5检测出的转向扭矩进行说明。
图2是示出车辆的转向装置20的构成的概略图。如图2所示，转向装置20是与方向盘21的操作或来自ECU 10的自动驾驶的控制信号对应地引导前轮FT的电动助力转向装置。转向装置20具备方向盘21、转向轴22、EPS电动机23、齿条齿轮机构25、横拉杆26、以及关节臂27。
方向盘21经由转向轴22与齿条齿轮机构25连接。转向轴22上设置有转向角传感器3a及扭矩传感器5。EPS电动机23例如具有电动机及减速器等，通过ECU 10控制以向转向轴22施加辅助扭矩。齿条齿轮机构25由形成为齿条的引导轴、以及形成为齿轮的齿轮轴构成。在本实施方式中，转向轴22与齿条齿轮机构25的齿轮轴物理连接。
齿条齿轮机构25将经由转向轴22从方向盘21传递来的旋转运动变换为直线运动。齿条齿轮机构25的引导轴的两端分别经由横拉杆26与关节臂27联接。关节臂27由于齿条齿轮机构25的动作而经由横拉杆26进行动作。由此，前轮FT被引导。
在这里，扭矩传感器5设置于转向轴22的中间部。扭矩传感器5基于转向轴22中具有的扭杆的扭转量，检测转向轴22的扭转扭矩。转向轴22的扭转扭矩是指，利用来自方向盘21的扭矩、来自齿条齿轮机构25的扭矩、以及EPS电动机23的输出扭矩的至少其中一者使得转向轴22以被扭转的方式运动的扭矩。
来自方向盘21的扭矩是指从方向盘21向转向轴22输入的扭矩。来自方向盘21的扭矩中可能包括由驾驶员的转向操作产生的转向操作扭矩、以及由作用于车辆的加速度产生的自旋扭矩。转向操作扭矩是指，通过驾驶员握持方向盘21使其转动的操作而从方向盘21向转向轴22输入的扭矩。自旋扭矩是指，与对应于作用在车辆上的加速度而方向盘21转动(自旋)相伴，从方向盘21向转向轴22输入的扭矩。自旋扭矩例如是由于与作用于车辆的加速度对应的惯性力作用在方向盘21整体的重心上、以及方向盘21的重心相对于转向轴22的轴线产生的偏心所导致的、绕转向轴22产生的该惯性力形成的力矩(从方向盘21向转向轴22输入的扭矩)。
来自齿条齿轮机构25的扭矩是指从齿条齿轮机构25传递至转向轴22的扭矩。来自齿条齿轮机构25的扭矩中可能包括例如由施加于车辆的前轮FT上的路面的反作用力所产生的反作用力扭矩。
参照图3对自旋扭矩的一个例子进行说明。图3是用于说明自旋扭矩的图。在图3中，纸面上方(箭头Fr方向)朝向车辆前方，纸面左右方向沿着车辆左右方向。
如图3所示，方向盘21具有环状的外框21a、设置于外框21a内侧的多根(这里为三根)轮辐21b、以及经由各轮辐21b将环状的外框21a和转向轴22连接的毂部21c。毂部21c上设置有例如气囊装置(省略图示)等。转向轴22例如安装在毂部21c的多根轮辐21b的延长线相交的位置处。
在本实施方式中，方向盘21的重心Gsw相对于转向轴22的轴线以间隔规定距离的方式偏心。重心Gsw并不位于轮毂21c上，而是例如位于与直线前进状态下朝向的方向盘21的毂部21c相对从下方以规定距离分离的位置处。重心Gsw在方向盘21上的位置例如是与气囊装置等重物的配置相应而预先通过设计确定的。
在图3的例子中，在直线前进状态的方向盘21中，向车辆右方作用有左右加速度GA。在此情况下，方向盘21的重心Gsw处作用有与左右加速度GA对应的朝向车辆左方的惯性力FA。此时，由于作用有该惯性力FA的重心Gsw与转向轴22的轴线之间的上述偏心，与左右加速度GA相应地绕转向轴22产生力矩，产生作为自旋扭矩的扭矩TA。
图4A是用于说明自旋扭矩的图。图4B是通过侧视说明图4A的自旋扭矩的图。图4B中示意性地表示从车辆左侧观察下的方向盘21及转向轴22。在图4B中，纸面左方(箭头Fr方向)朝向车辆前方，纸面上下方向沿着车辆上下方向。
在图4A及图4B的例子中，如图4A所示，在从直线前进状态顺时针转动约90°后的状态下的方向盘21上，沿车辆后方作用有前后加速度GB。在此情况下，方向盘21的重心Gsw处作用有与前后加速度GB对应的朝向车辆前方的惯性力FB。更详细来说，如图4B所示，由于转向轴22通常以前侧较低的方式倾斜设置，因此，在方向盘21的重心Gsw处，作为与前后加速度GB对应的惯性力FB的分力而产生沿转向轴22的分力FB1、以及沿着与转向轴22正交的车辆上方的分力FB2。由于作用有该分力FB2的上述重心Gsw与转向轴22的轴线之间的偏心，从而该分力FB2绕转向轴22产生力矩，产生作为自旋扭矩的扭矩TB。
图5A是用于说明自旋扭矩的图。图5B是通过侧视说明图5A的自旋扭矩的图。在图5A中，纸面进深方向(Fr方向)朝向车辆前方，纸面左右方向沿着车辆左右方向。图5B中示意性地表示从车辆左侧观察下的方向盘21及转向轴22。在图5B中，纸面左方(箭头Fr方向)朝向车辆前方，纸面上下方向沿着车辆上下方向。
在图5A及图5B的例子中，如图5A所示，在从直线前进状态顺时针转动约90°后的状态下的方向盘21上，沿车辆上方作用有上下加速度GC。在此情况下，方向盘21的重心Gsw处作用有与上下加速度GC对应的朝向车辆下方的惯性力FC。更详细来说，如图5B所示，在方向盘21的重心Gsw处，作为与上下加速度GC对应的惯性力FC的分力而产生沿转向轴22的分力FC1、以及沿着与转向轴22正交的车辆下方的分力FC2。由于作用有该分力FC2的上述重心Gsw与转向轴22的轴线之间的偏心，从而由该分力FC2绕转向轴22产生力矩，产生作为自旋扭矩的扭矩TC。
回到图1，对ECU 10的功能性构成进行说明。ECU 10具有车辆位置识别部11、行驶状态识别部(加速度识别部)12、周边环境识别部13、行进路线生成部14、扭矩识别部15、阈值设定部16、转向判定部17、手动驾驶切换部18、以及车辆控制部19。此外，以下说明的ECU 10的功能的一部分也可以是在能够与车辆进行通信的管理中心等设施的计算机中执行的方式。
车辆位置识别部11基于GNSS接收部1的位置信息及地图数据库4的地图信息，识别车辆在地图上的位置。车辆位置识别部11利用地图数据库4的地图信息中包含的实体的位置信息及外部传感器2的检测结果，通过SLAM[Simultaneous Localization and Mapping]技术等高精度地进行车辆的位置识别。车辆位置识别部11也可以通过其他的公知的方法识别车辆在地图上的位置。
行驶状态识别部12基于内部传感器3的检测结果，识别车辆的行驶状态。行驶状态包括车辆的车速、车辆的加速度、车辆的偏航角速度。具体地，行驶状态识别部12基于车速传感器的车速信息识别车辆的车速。行驶状态识别部12基于偏航角速度传感器的偏航角速度信息识别车辆的朝向。行驶状态识别部12基于加速度传感器的加速度信息识别作用于车辆的加速度。行驶状态识别部12识别前后加速度及左右加速度。行驶状态识别部12还可以识别上下加速度。
周边环境识别部13基于外部传感器2的检测结果，识别车辆的周边环境。周边环境包括车辆周围的物体的状况。周边环境识别部13基于照相机的拍摄图像及雷达传感器的障碍物信息，利用公知的方法识别车辆的周边环境。
行进路线生成部14生成车辆的自动驾驶所使用的行进路线[trajectory]。行进路线生成部14基于预先设定的目的地、地图数据库4的地图信息、由车辆位置识别部11识别出的车辆在地图上的位置、由行驶状态识别部12识别出的车辆的行驶状态(车速、偏航角速度等)、以及由周边环境识别部13识别出的周边环境，利用各种方法生成自动驾驶的行进路线。目的地可以是由车辆的乘客设定的，也可以是由自动驾驶系统100或公知的导航系统自动建议的目的地。
扭矩识别部15基于扭矩传感器5的转向扭矩信息识别转向扭矩。扭矩识别部15例如将由扭矩传感器5检测到的转向轴22的扭转扭矩的绝对值识别为转向扭矩。扭矩识别部15识别由驾驶员的转向操作产生的转向操作扭矩和由作用于车辆的加速度产生的自旋扭矩的合成扭矩，作为转向扭矩中来自方向盘21的扭矩。扭矩识别部15并不区分转向操作扭矩和自旋扭矩而识别合成扭矩。
具体地，例如在车辆上没有作用能够绕转向轴22产生力矩的加速度时，扭矩识别部15将转向操作扭矩识别为转向扭矩。例如在车辆上作用有能够绕转向轴22产生力矩的加速度的情况下，当驾驶员正在进行转向操作时，扭矩识别部15将转向操作扭矩加上自旋扭矩识别为转向扭矩，当驾员没有进行转向操作时，扭矩识别部15仅将自旋扭矩识别为转向扭矩。
阈值设定部16基于由行驶状态识别部12识别到的加速度，设定转向扭矩阈值(阈值)。转向扭矩阈值是针对在转向状态的判定中使用的转向扭矩的阈值。
作为一个例子，阈值设定部16可以与前后、左右及上下各个方向的加速度对应地计算阈值设定参数，利用计算出的阈值设定参数设定转向扭矩阈值。例如，阈值设定部16可以利用预先存储的下述算式(1)设定转向扭矩阈值。
算式(1)：转向扭矩阈值＝前后阈值设定参数×前后加速度的绝对值
+左右阈值设定参数×左右加速度的绝对值
+上下阈值设定参数×上下加速度的绝对值
+扭矩常数
在算式(1)中，前后阈值设定参数是用于阈值设定部16基于前后加速度设定转向扭矩阈值的参数。左右阈值设定参数是用于阈值设定部16基于左右加速度设定转向扭矩阈值的参数。上下阈值设定参数是用于阈值设定部16基于上下加速度设定转向扭矩阈值的参数。这里的各个阈值设定参数是与进行乘法运算的各方向的加速度对应而由阈值设定部16分别设定的比例系数。各阈值设定参数可以与各方向的加速度的绝对值对应地设定为例如正值。各方向的加速度的绝对值是由行驶状态识别部12识别到的各方向的加速度的绝对值。另外，在算式(1)中，扭矩常数是为了表示例如转向扭矩阈值中包含的转向扭矩的误差因素(例如扭矩传感器5自身的误差、温度特性的误差等)而预先设定的常数。
阈值设定部16以前后加速度的绝对值越小则转向扭矩阈值越小的方式设定转向扭矩阈值。阈值设定部16也可以以前后加速度的绝对值越小则转向扭矩阈值连续性地变小的方式设定转向扭矩阈值。阈值设定部16也可以以上下加速度不变时前后加速度的绝对值越小则转向扭矩阈值越小的方式设定转向扭矩阈值。这里的阈值设定部16例如以上下加速度及左右加速度不变时前后加速度的绝对值越小则前后阈值设定参数连续性地变小的方式，计算出前后阈值设定参数。
图6A是示出前后阈值设定参数的一个例子的图。在图6A中，横轴表示前后加速度，纵轴表示在上下加速度及左右加速度不变时的前后阈值设定参数。在图6A的例子中，前后阈值设定参数是由阈值设定部16基于下述关系计算出的，该关系是以穿过示出前后加速度为加速度G1的情况下的前后阈值设定参数K01的点、和示出前后加速度为加速度G2的情况下的前后阈值设定参数K02的点而成的直线表示的。该关系例如可以作为映射数据或数学式等预先存储在ECU 10中。
阈值设定部16以左右加速度的绝对值越小则转向扭矩阈值越小的方式设定转向扭矩阈值。阈值设定部16也可以以左右加速度的绝对值越小则转向扭矩阈值连续性地变小的方式设定转向扭矩阈值。阈值设定部16也可以以上下加速度不变时左右加速度的绝对值越小则转向扭矩阈值越小的方式设定转向扭矩阈值。这里的阈值设定部16例如以上下加速度及前后加速度不变时左右加速度的绝对值越小则左右阈值设定参数连续性地变小的方式，计算出左右阈值设定参数。
图6B是示出左右阈值设定参数的一个例子的图。在图6B中，横轴表示左右加速度，纵轴表示在上下加速度及前后加速度不变时的左右阈值设定参数。在图6B的例子中，左右阈值设定参数是由阈值设定部16基于下述关系计算出的，该关系是以穿过示出左右加速度为加速度G3的情况下的左右阈值设定参数K03的点、和示出左右加速度为加速度G4的情况下的左右阈值设定参数K04的点的曲线表示的。曲线在图6B的例子中为下凸抛物线。曲线并不限于此，也可以是上凸抛物线，还可以是抛物线之外的曲线。该关系例如可以作为映射数据或数学式等预先存储在ECU 10中。
阈值设定部16以上下加速度的绝对值越小则转向扭矩阈值越小的方式设定转向扭矩阈值。阈值设定部16也可以以上下加速度的绝对值越小则转向扭矩阈值连续性地变小的方式设定转向扭矩阈值。这里的阈值设定部16例如以前后加速度及左右加速度不变时上下加速度的绝对值越小则上下阈值设定参数连续性地变小的方式，计算出上下阈值设定参数。
图6C是示出上下阈值设定参数的一个例子的图。在图6C中，横轴表示上下加速度，纵轴表示在前后加速度及左右加速度不变时的上下阈值设定参数。在图6C的例子中，上下阈值设定参数是由阈值设定部16基于下述关系计算出的，该关系是以穿过示出上下加速度为加速度G5的情况下的上下阈值设定参数K05的点、和表示上下加速度为加速度G6的情况下的上下阈值设定参数K06的点的直线表示的。作为一个例子，图6C的直线的斜率小于图6A的直线的斜率。直线的斜率的大小关系并不限于此，图6C的直线的斜率也可以大于图6A的直线的斜率，还可以为相同斜率。该关系例如可以作为映射数据或数学式等预先存储在ECU10中。
此外，图6A的前后阈值设定参数随着前后加速度的绝对值变小而单调减少，但也可以存在前后加速度的一部分区间使前后阈值设定参数为固定值。图6B的左右阈值设定参数随着左右加速度的绝对值变小而单调减少，但也可以存在左右加速度的一部分区间使左右阈值设定参数为固定值。图6C的上下阈值设定参数随着上下加速度的绝对值变小而单调减少，但也可以存在上下加速度的一部分区间使上下阈值设定参数为固定值。
在由扭矩识别部15识别到的转向扭矩为由阈值设定部16设定的转向扭矩阈值以上的情况下，转向判定部17判定为驾驶员处于转向状态。在转向扭矩小于转向扭矩阈值的情况下，转向判定部17判定为驾驶员不处于转向状态。转向判定部17也可以同时利用设置于方向盘21中的触摸传感器(省略图示)的检测结果，判定驾驶员是否处于转向状态。
在自动驾驶中转向判定部17判定为驾驶员处于转向状态的情况下，手动驾驶切换部18执行手动驾驶切换控制。
作为一个例子，在自动驾驶中的车辆接近使自动驾驶结束的地点即切换地点的情况下，手动驾驶切换部18控制HMI 6向驾驶员通知车辆接近切换地点。手动驾驶切换部18在控制HMI 6进行了向驾驶员的上述通知的情况下，在由于与接近通知对应的驾驶员的转向操作而转向判定部17判定为驾驶员处于转向状态的情况下，执行手动驾驶切换控制，从自动驾驶向手动驾驶切换。在转向判定部17判定为驾驶员不处于转向状态的情况下，手动驾驶切换部18不执行手动驾驶切换控制。此外，例如在不存在由转向判定部17判定为驾驶员处于转向状态而自动驾驶中的车辆就此到达切换地点的情况下等，手动驾驶切换部18可以通过与手动驾驶切换控制不同的其它规定的控制，进行从自动驾驶向手动驾驶的切换。
车辆控制部19基于由车辆位置识别部11识别出的车辆在地图上的位置、由行驶状态识别部12识别出的车辆的行驶状态、由周边环境识别部13识别出的周边环境、以及由行进路线生成部14生成的行进路线，执行车辆的自动驾驶。车辆控制部19通过使车辆沿行进路线行驶而执行自动驾驶。行驶控制部19通过公知的方法执行自动驾驶。
[ECU 10的运算处理的一个例子]
接下来，对由转向判定装置50及自动驾驶系统100进行的运算处理的一个例子进行说明。图7是示出阈值设定处理的流程图。图7所示的流程图的处理例如在车辆的自动驾驶期间以规定的运算周期反复执行。
在S11中，ECU 10通过行驶状态识别部12进行车辆的前后加速度的识别。行驶状态识别部12基于由内部传感器3得到的车辆的加速度信息，识别前后加速度。在S12中，ECU 10通过阈值设定部16进行前后阈值设定参数的计算。阈值设定部16基于由行驶状态识别部12识别到的前后加速度，例如利用图6A的关系计算前后阈值设定参数。
在S13中，ECU 10通过行驶状态识别部12进行车辆的左右加速度的识别。行驶状态识别部12基于由内部传感器3得到的车辆的加速度信息，识别左右加速度。在S14中，ECU 10通过阈值设定部16进行左右阈值设定参数的计算。阈值设定部16基于由行驶状态识别部12识别到的左右加速度，例如利用图6B的关系计算左右阈值设定参数。
在S15中，ECU 10通过行驶状态识别部12进行车辆的上下加速度的识别。行驶状态识别部12基于由内部传感器3得到的车辆的加速度信息，识别上下加速度。在S16中，ECU 10通过阈值设定部16进行上下阈值设定参数的计算。阈值设定部16基于由行驶状态识别部12识别到的上下加速度，例如利用图6C的关系计算上下阈值设定参数。
在S17中，ECU 10通过阈值设定部16进行转向扭矩阈值的设定。阈值设定部16基于由行驶状态识别部12识别到的前后加速度、左右加速度及上下加速度、由阈值设定部16计算出的前后阈值设定参数、左右阈值设定参数及上下阈值设定参数，设定转向扭矩阈值。之后，ECU10结束图7的运算处理。
图8是示出转向状态判定处理的流程图。图8所示的流程图的处理例如在车辆的自动驾驶期间以规定的运算周期反复执行。
在S21中，ECU 10通过扭矩识别部15进行转向扭矩的识别。扭矩识别部15基于扭矩传感器5的检测结果，识别转向扭矩。
在S22中，ECU 10通过转向判定部17进行转向扭矩是否为转向扭矩阈值以上的判定。在由转向判定部17判定为转向扭矩为转向扭矩阈值以上的情况下(S22：是)，ECU 10在S23中通过转向判定部17判定为驾驶员处于转向状态。在由扭矩识别部15识别到的转向扭矩为由阈值设定部16设定的转向扭矩阈值以上的情况下，转向判定部17判定为驾驶员处于转向状态。另一方面，在由转向判定部17判定为转向扭矩小于转向扭矩阈值的情况下(S22：否)，ECU 10在S24中通过转向判定部17判定为驾驶员不处于转向状态。在转向扭矩小于转向扭矩阈值的情况下，转向判定部17判定为驾驶员不处于转向状态。之后，结束图8的运算处理。
图9是示出手动驾驶切换判定处理的流程图。图9所示的流程图的处理，例如是在自动驾驶中的车辆接近切换地点的情况下，与向驾驶员通知车辆接近切换地点的通知处理一起以规定的运算周期反复执行。
在S31中，ECU 10通过手动驾驶切换部18进行是否由转向判定部17判定为驾驶员处于转向状态的判定。在由转向判定部17判定为驾驶员处于转向状态的情况下(S31：是)，在S32中，手动驾驶切换部18执行手动驾驶切换控制。另一方面，在由转向判定部17判定为驾驶员不处于转向状态的情况下(S31：否)，ECU 10不使手动驾驶切换部18执行手动驾驶切换控制，而结束图9的运算处理。
[作用效果]
如以上说明所示，在车辆的转向装置20中，由于方向盘21的重心Gsw相对于转向轴22的轴线偏心等，导致如果加速度作用在车辆上，则与该加速度对应的惯性力将作用在方向盘21整体而言的重心Gsw上。由此，绕转向轴22产生由该惯性力引起的力矩(从方向盘21向转向轴22输入的自旋扭矩)。即，在由扭矩传感器5检测到的转向扭矩中，不仅包含由驾驶员的转向操作产生的转向操作扭矩，还可能包含方向盘21的自旋扭矩。
针对这一点，基于转向判定装置50，由阈值设定部16以前后加速度或左右加速度的绝对值越小则转向扭矩阈值越小的方式设定转向扭矩阈值。在转向扭矩为转向扭矩阈值以上的情况下，通过转向判定部17判定为驾驶员处于转向状态。由此，即使在例如虽然驾驶员没有转向意图，但与前后加速度或左右加速度对应地产生了方向盘21的自旋扭矩而被基于扭矩传感器5的检测结果识别为转向扭矩的情况下，也能够适当地设定转向扭矩阈值。其结果，能够基于转向扭矩适当地判定驾驶员的转向状态。
在转向判定装置50中，行驶状态识别部12还识别车辆的上下方向的上下加速度，阈值设定部16以上下加速度不变时前后加速度或左右加速度的绝对值越小则转向扭矩阈值越小的方式，设定转向扭矩阈值。由此，能够在还考虑上下加速度的同时，与前后加速度或左右加速度越小则自旋扭矩越小这一情况对应地，适当地设定转向扭矩阈值。
在转向判定装置50中，行驶状态识别部12识别前后加速度、左右加速度及上下加速度，阈值设定部16以前后加速度及左右加速度不变时上下加速度的绝对值越小则转向扭矩阈值越小的方式设定阈值。由此，能够与前后加速度及左右加速度不变时上下加速度越小则自旋扭矩就越小这一情况对应地，适当地设定转向扭矩阈值。
自动驾驶系统100具备上述转向判定装置50、以及在由转向判定装置50的转向判定部17判定为驾驶员处于转向状态时执行手动驾驶切换控制的手动驾驶切换部18。由此，能够基于根据转向扭矩适当地判定出的驾驶员的转向状态这一判定结果，适当地实现向手动驾驶的切换。
[变形例]
本发明并不被上述实施方式所限定。本发明能够以上述实施方式为基础而基于本领域技术人员的知识施加各种变更、改良后的各种方式实施。
例如，阈值设定部16也可以使用图10A的前后阈值设定参数代替图6A的前后阈值设定参数。具体地，阈值设定部16可以以前后加速度的绝对值越小则转向扭矩阈值阶梯性地变小的方式设定转向扭矩阈值。阈值设定部16例如以上下加速度及左右加速度不变时前后加速度的绝对值越小则前后阈值设定参数阶梯性地变小的方式，计算出前后阈值设定参数。在图10A的例子中，在前后加速度的绝对值为与加速度G1相比较小的加速度G2的情况下，前后阈值设定参数与前后阈值设定参数K01相比阶梯性地变小而成为前后阈值设定参数K02。前后阈值设定参数阶梯性地变小的变化量是大致固定，但也并非必须大致固定。
另外，阈值设定部16也可以使用图10B的左右阈值设定参数代替图6B的左右阈值设定参数。具体地，阈值设定部16可以以左右加速度的绝对值越小则转向扭矩阈值阶梯性地变小的方式设定转向扭矩阈值。阈值设定部16例如可以以上下加速度及前后加速度不变时左右加速度的绝对值越小则左右阈值设定参数阶梯性地变小的方式，计算出左右阈值设定参数。在图10B的例子中，在左右加速度的绝对值为与加速度G3相比较小的加速度G4的情况下，左右阈值设定参数与左右阈值设定参数K03相比阶梯性地变小而成为左右阈值设定参数K04。左右阈值设定参数阶梯性地变小的变化量并不大致固定，但也可以大致固定。
另外，阈值设定部16也可以使用图10C的上下阈值设定参数代替图6C的上下阈值设定参数。具体地，阈值设定部16可以以上下加速度的绝对值越小则转向扭矩阈值阶梯性地变小的方式设定转向扭矩阈值。阈值设定部16例如可以以前后加速度及左右加速度不变时上下加速度的绝对值越小则上下阈值设定参数阶梯性地变小的方式，计算出上下阈值设定参数。在图10C的例子中，在上下加速度的绝对值为与加速度G5相比较小的加速度G6的情况下，上下阈值设定参数与上下阈值设定参数K05相比阶梯性地变小而成为上下阈值设定参数K06。阈值设定参数阶梯性地变小的方式也可以如图10C的例子所示，仅设置一个阶梯变小。
在上述实施方式中，行驶状态识别部12对前后加速度、左右加速度及上下加速度均进行识别，但并不限于此。行驶状态识别部12也可以对前后加速度、左右加速度及上下加速度的其中任意一个进行识别。在此情况下，阈值设定部16可以省略上述算式(1)的前后加速度、左右加速度及上下加速度中不由行驶状态识别部12进行识别的两个加速度相关的项，从而设定转向扭矩阈值。或者，行驶状态识别部12也可以识别前后加速度、左右加速度及上下加速度的其中任意两个。在此情况下，阈值设定部16可以省略上述算式(1)的前后加速度、左右加速度及上下加速度中不由行驶状态识别部12进行识别的一个加速度相关的项，从而设定转向扭矩阈值。另外，在图7的流程图中，可以省略与行驶状态识别部12不进行识别的加速度相关的识别处理(S11、S13、S15中的一个或两个)、以及与行驶状态识别部12不进行识别的加速度相关的阈值设定参数的计算处理(S12、S14、S16中的一个或两个)。
在上述实施方式中，阈值设定部16根据在上下加速度及左右加速度不变时的前后加速度设定转向扭矩阈值，但并不限于此，也可以根据上下加速度不变时的前后加速度和左右加速度合成而得到的加速度，设定转向扭矩阈值。阈值设定部16根据在前后加速度及上下加速度不变时的左右加速度设定转向扭矩阈值，但并不限于此，也可以根据在前后加速度不变时的上下加速度和左右加速度合成而得到的加速度，设定转向扭矩阈值。阈值设定部16根据在左右加速度及前后加速度不变时的上下加速度设定转向扭矩阈值，但并不限于此，也可以根据在左右加速度不变的前后加速度和上下加速度合成而得到的加速度，设定转向扭矩阈值。阈值设定部16也可以根据将前后加速度、左右加速度及上下加速度合成而得到的加速度，设定转向扭矩阈值。
在上述实施方式中，阈值设定部16也可以不使用上述算式(1)而设定转向扭矩阈值。阈值设定部16例如可以代替上述算式(1)而使用下述方法，即，使用以前后加速度、左右加速度及上下加速度的至少其中之一为自变量而直接计算出转向扭矩阈值的映射，利用对映射值进行线性插值等已知的方法设定转向扭矩阈值。
作为阈值设定参数(转向扭矩阈值)的变化方式，可以将如图6A～图6C所示连续性地变小的方式与如图10A～图10C所示阶梯性地变小的方式互相组合。
在上述实施方式中，作为转向判定装置50的判定结果的用途，例示了自动驾驶系统100，其在能够切换自动驾驶与手动驾驶的车辆中，基于转向扭矩，执行从自动驾驶向手动驾驶切换的手动驾驶切换控制，但并不限于此。作为转向判定装置50的判定结果的用途，例如也可以基于驾驶员的转向状态的判定结果执行向驾驶员的通知，也可以应用于自动驾驶中的手动驾驶切换控制之外的控制，也可以应用于自动驾驶之外的驾驶辅助等控制。
在上述实施方式中，转向判定装置50的功能和自动驾驶系统100的功能是在共用的ECU 10中一体地构成的，但也可以在不同的ECU中分别构成。
在上述实施方式中，扭矩识别部15将由扭矩传感器5检测到的转向轴22的扭转扭矩的绝对值识别为转向扭矩，但也可以将由扭矩传感器5检测到的转向轴22的扭转扭矩识别作为带符号的转向扭矩。
在上述实施方式中，扭矩识别部15利用扭矩传感器5的检测值(转向轴22的扭转扭矩)识别转向扭矩，但也可以将对扭矩传感器5的检测值补偿惯性、粘性、摩擦、以及来自齿条齿轮机构25的扭矩等干扰后得到的扭矩推定值用作为转向扭矩中来自方向盘21的扭矩。
手动驾驶切换控制并非必须在向驾驶员通知“车辆接近切换地点”时执行。例如，也可以在存在由驾驶员进行的用于取消自动驾驶的操作(例如按下自动驾驶取消按钮的操作)、或者由驾驶员踏下制动踏板一定量以上的踏入操作的情况下，手动驾驶切换部18视为存在驾驶员希望进行手动驾驶这一内容的意思表示。在此情况下，手动驾驶切换部18可以向驾驶员通知能够基于转向操作而切换为手动操作这一内容，并且在通过驾驶员响应该通知的转向操作而转向判定部17判定为驾驶员处于转向状态的情况下，执行手动驾驶切换控制。
在上述实施方式中，如图4B所示，转向轴22以前侧较低的方式倾斜设置，转向轴22的该倾角例如可以利用公知的倾动机构进行改变。在此情况下，由于分力FB2、FC2与倾角相应地改变，因此，阈值设定部16可以根据转向轴22的轴线相对于车辆前后方向所成的角度而校正转向扭矩阈值。例如，阈值设定部16可以以转向轴22的轴线相对于车辆前后方向所成的角度越大则上下阈值设定参数越小的方式，计算出上下阈值设定参数。阈值设定部16也可以以转向轴22的轴线相对于车辆前后方向所成的角度越小则前后阈值设定参数越小的方式，计算出前后阈值设定参数。
在上述实施方式中，以图2所示的转向装置20为例进行了说明，但转向装置的构成不限于图2的构成。例如，也可以如图11所示构成为转向装置20A，其代替向转向轴22赋予辅助扭矩的EPS电动机23而具有向齿条齿轮机构25A的引导轴或齿轮轴赋予辅助扭矩的EPS电动机23A。在该构成中，来自方向盘21的扭矩中可能包括由驾驶员的转向操作产生的转向操作扭矩、以及由作用于车辆的加速度产生的自旋扭矩。
另外，也可以如图12所示构成为转向装置20B(所谓的线控转向)，其代替向转向轴22赋予辅助扭矩的EPS电动机23而具有向滚珠丝杠机构25B的引导轴赋予辅助扭矩的EPS电动机23B，并且转向轴22上连接有对来自路面的反作用力进行模拟的反作用力致动器28。在该构成中，转向轴22没有与滚珠丝杠机构25B的引导轴物理连接这一点与转向装置20不同，其他构成与转向装置20相同。由此，在该构成中，来自方向盘21的扭矩中也可能包括由驾驶员的转向操作产生的转向操作扭矩、以及由作用于车辆的加速度产生的自旋扭矩。

Claims (6)

1.一种转向判定装置，其基于转向轴的转向扭矩判定车辆的驾驶员是否处于正在对车辆的方向盘进行转向操作的转向状态，所述转向判定装置的特征在于，具备：
扭矩识别部，其基于设置在所述转向轴上的扭矩传感器的检测结果，识别所述转向扭矩；
加速度识别部，其基于所述车辆的加速度传感器的检测结果，识别所述车辆的前后方向的前后加速度或所述车辆的左右方向的左右加速度；
阈值设定部，其基于所述前后加速度或所述左右加速度，设定用于判定所述转向状态的阈值；以及
转向判定部，其在所述转向扭矩为所述阈值以上的情况下，判定为所述驾驶员处于所述转向状态，
所述阈值设定部以所述前后加速度或所述左右加速度的绝对值越小则所述阈值越小的方式，设定所述阈值。
2.根据权利要求1所述的转向判定装置，其中，所述阈值设定部将所述阈值设定为，所述前后加速度或所述左右加速度的绝对值越小则所述阈值连续性地变小。
3.根据权利要求1所述的转向判定装置，其中，所述阈值设定部将所述阈值设定为，所述前后加速度或所述左右加速度的绝对值越小则所述阈值阶梯性地变小。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的转向判定装置，其中，所述加速度识别部还识别所述车辆的上下方向的上下加速度，
所述阈值设定部以所述上下加速度不变时所述前后加速度或所述左右加速度的绝对值越小则所述阈值越小的方式，设定所述阈值。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的转向判定装置，其中，所述加速度识别部识别所述前后加速度、所述左右加速度及所述车辆的上下方向的上下加速度，
所述阈值设定部以所述前后加速度及所述左右加速度不变时所述上下加速度的绝对值越小则所述阈值越小的方式，设定所述阈值。
6.一种自动驾驶系统，其在能够切换自动驾驶与手动驾驶的车辆中，基于转向扭矩执行从所述自动驾驶向所述手动驾驶切换的手动驾驶切换控制，所述自动驾驶系统的特征在于，具备：
权利要求1至5中任意一项所述的转向判定装置；以及
手动驾驶切换部，其在自动驾驶中所述转向判定部判定为所述驾驶员处于所述转向状态的情况下，执行所述手动驾驶切换控制。
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