JP2007001544A - サーボ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 積分演算を含むサーボ制御を行う際に、外乱による影響を抑える。
【解決手段】 制御対象の状態を表す物理量に対して積分演算を行う際に、正積分演算及び負積分演算の２回の積分演算を施す。これで、制御の状況に応じて差別化された情報が得られる。そして、制御対象の状態が目標制御値になるように制御する際に、実制御値及び目標制御値に基づいて、正積分演算または負積分演算のどちらから得られた積分値を用いるかを選択する。これにより、位相遅延を含めていると判断された制御パラメータが除去される。したがって、全体の制御における位相遅延が抑えられることになり、例えば適切な操舵支援制御を行うことができる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、サーボ制御装置、特に車両の操舵支援を行うサーボ制御装置に関する。

従来、サーボ制御において、外乱による定常偏差を除去するために、積分器を用いる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の技術は、サーボ制御の一例として車両用の操舵支援装置に関するものであり、外乱が車両に与える影響を表す値を積分演算により求めて、その積分値に応じて車両の操舵補助力を制御することで、例えば車線維持制御の精度を向上させると記載されている。
特開２００１−１９２３号公報

ところが、このように積分器を用いて、外乱による定常偏差を除去するための処理を行うと、積分演算固有の特性による位相遅延が発生することを避けられない。このような位相遅延が生じると、外乱の振る舞いに伴って安定性が欠如された制御結果が得られるおそれがある。例えば、外乱の無い場合には、制御量に低周波の振動が発生するおそれがある。また、外乱が有り、その外乱の方向が反転した際には、正しい制御結果を得るために演算された値である積分値が、むしろ外乱の影響を助長してしまうおそれがある。

このような問題点を解決するために、積分されるパラメータの増減傾向が反転した際に、そのパラメータの積分値がゼロになるようリセットすることで、制御の安定性を図る方法が考えられる。この方法を用いると、外乱が有りその方向が反転した際においては、速やかな対応ができるので、制御の安定性が保たれる。しかし、定常的な外乱が発生しているときにおいては、制御量に振動が発生してしまうので、制御の安定性が保たれないという問題点がある。

また、積分されるパラメータの符号が反転した際に、パラメータの積分値をリセットすることで、制御の安定性を図る方法が考えられる。この方法を用いると、定常的な外乱が発生しているときにおいては、外乱による定常偏差が積分器によって安定的に除去されるので、良好な制御結果が得られる。しかし、外乱の方向が反転した際に、リセットした時点から安定的な制御が行われるまで過度的な時間がかかってしまい、その過度時間内においては外乱が制御できないという問題点が依然として残っている。

サーボ制御においては、上記のいずれについても良好に対応することが望まれており、本発明は、それを鑑みたものである。そこで、本発明は、積分演算を含むサーボ制御を行う際に、外乱による影響が抑えられるサーボ制御装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係るサーボ制御装置は、所定の制御処理を繰り返し実行し、その実行結果に基づいて制御対象の状態を制御するサーボ制御装置であって、制御対象の状態を検出する検出手段と、検出手段により検出された制御対象の状態を表す物理量に対する積分演算を行い、その積分値が正の値の場合に積分演算を継続する正積分手段と、検出手段により検出された制御対象の状態を表す物理量に対する積分演算を行い、その積分値が負の値の場合に積分演算を継続する負積分手段と、制御対象の状態が目標制御値になるように制御する際に、正積分手段または負積分手段のどちらを用いるかを選択する選択手段と、選択手段により選択された前記正積分手段または前記負積分手段の一方を用いて、制御対象の状態が目標制御値になるように制御する制御手段とを備えることを特徴としている。この場合に、選択手段は、実制御値及び前記目標制御値に基づいて、正積分手段または負積分手段のどちらを用いるかを選択することが好適である。更に、選択手段は、実制御値と目標制御値との偏差が所定の正のしきい値以上である場合に正積分手段を選択し、偏差が所定の負のしきい値以下である場合に負積分手段を選択することが好適である。更に、正積分手段の積分値の符号が負の場合に正積分手段の積分値をゼロとし、負積分手段の積分値の符号が正の場合に負積分手段の積分値をゼロとする設定手段を備えることが好適である。この場合に、設定手段は、偏差が正のしきい値以上である場合に負積分手段の積分値をゼロとし、偏差が負のしきい値以下である場合に正積分手段の積分値をゼロとすることが好適である。

これらの発明によれば、検出手段により検出された物理量に対する積分演算を、正積分手段及び負積分手段が分担して行う。例えば、正積分手段は、前回の制御処理における積分値が正の場合に、次回の制御処理における積分演算を行う。一方、負積分手段は、前回の制御処理における積分値が負の場合に、次回の制御処理における積分演算を行う。これにより、積分値の符号、すなわち制御の状況に応じて差別化された情報が得られる。

一方、選択手段は、制御対象の状態が目標制御値になるように制御する際に、実制御値及び目標制御値に基づいて、正積分手段または負積分手段のどちらを用いるかを選択する。例えば、実制御値と目標制御値との偏差が正の値を維持している場合には正積分手段の積分値を以後の処理で用いられる制御パラメータとして選択し、偏差が負の値を維持している場合には負積分手段の積分値を以後の処理で用いられる制御パラメータとして選択する。このとき、選択されない積分値は設定手段がゼロにリセットすることで、確実に除去する。これにより、定常的な外乱が発生しているときにおいて、２つの積分手段が演算した結果のうち、制御状況により適合した演算結果が選択されるので、安定的に外乱を除去することができる。

また、例えば、制御パラメータの符号が正から負に変わり、正積分手段による制御パラメータの位相遅延が全体の制御に妨げになると判断された時に、選択手段は、正積分手段からの積分値を無視し、負積分手段からの積分値のみを制御パラメータとして選択する。このときの判断は、実制御値と目標制御値との偏差を正のしきい値と比較することで行われる。例えば、制御の状況によって、位相遅延を含めていると判断された制御パラメータが除去され（ゼロにリセットされ）、当該制御状況により適合していると判断された演算結果が選択される。これにより、正積分手段による位相遅延が除去されるので、制御手段が行う全体の制御における位相遅延が抑えられる。一方、制御パラメータの符号が負から正に変わる際にも同様の作用及び効果が得られる。

また、本発明に係るサーボ制御装置は、車両が走行車線の所定の位置を走行するように車両の操舵を支援する車両用操舵支援装置であって、検出手段は、車両の走行車線中の目標位置からのずれ量であるオフセットを検出し、正積分手段は、検出手段により検出されたオフセットに対する積分演算を行い、そのオフセット積分値が正の値の場合に積分演算を継続し、負積分手段は、検出手段により検出されたオフセットに対する積分演算を行い、そのオフセット積分値が負の値の場合に積分演算を継続し、選択手段は、車両の走行車線中の位置が目標位置になるように制御する際に、正積分手段または負積分手段のどちらを用いるかを選択し、制御手段は、選択手段により選択された前記正積分手段または前記負積分手段の一方を用いて、車両の走行車線中の位置が目標位置になるように制御することを特徴としている。この場合に、選択手段は、車両の走行車線中の位置、及び、目標位置に基づいて、正積分手段または負積分手段のどちらを用いるかを選択することが好適である。更に、選択手段は、車両の走行車線中の位置と目標位置との偏差が所定の正のしきい値以上である場合に正積分手段を選択し、偏差が所定の負のしきい値以下である場合に負積分手段を選択することが好適である。更に、正積分手段のオフセット積分値の符号が負の場合に正積分手段のオフセット積分値をゼロとし、負積分手段のオフセット積分値の符号が正の場合に負積分手段のオフセット積分値をゼロとする設定手段を備えることが好適である。この場合に、設定手段は、偏差が正のしきい値以上である場合に負積分手段のオフセット積分値をゼロとし、偏差が負のしきい値以下である場合に正積分手段のオフセット積分値をゼロとすることが好適である。

これらの発明によれば、本発明のサーボ制御装置は、車両が走行車線の所定の位置を走行するように車両の操舵を支援する車両用操舵支援装置として用いられることができる。これにより、車両用操舵支援装置において、操舵摩擦などの外乱による影響が抑えられるので、適切な操舵支援制御を行うことができる。

本発明によれば、積分演算を含むサーボ制御を行う際に、外乱による影響を抑えることができる。

以下では、本発明に係るサーボ制御装置の好適な実施形態の一例として、本発明のサーボ制御装置が車両用の操舵支援装置として動作する場合について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

先ず、本発明の実施形態に係る操舵支援装置を備えた車両１の構成について、図１、図２、及び、図３を参照しながら詳しく説明する。図１は、本実施形態の操舵支援装置の構成概要図である。また、図２は車両１に搭載されている画像部２により走行車線１０の画像データが取得される状況を説明するための図であり、図３は車両１が走行車線１０を走行する際の各種道路パラメータ及び走行パラメータを説明するための図である。

図１に示されるように、車両１は、走行車線１０の前方を撮像した画像データからカーブ半径、オフセット、ヨー角等の道路パラメータ及び走行パラメータを取得する画像部２、車両１の操舵角、走行速度、ヨーレート等の走行パラメータを検出するセンサ部３、画像処理部２及びセンサ部３から各種道路パラメータ及び走行パラメータを入力され車両操舵支援制御（車線維持制御）を実行する電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electrical Control Unit）４、ＥＣＵ４から入力される操舵制御信号に従って車輪ＦＬ，ＦＲを転舵する操舵機構５を備えて構成されている。なお、画像部２及びセンサ部３は本発明に係る検出手段に相当し、ＥＣＵ４は本発明に係る正積分手段、負積分手段、選択手段、制御手段、及び、設定手段に相当する。以下、各構成要素をより詳細に説明する。

画像部２は、ＣＣＤカメラ２１及び画像処理部２２を備えて構成されている。図２に示すように、ＣＣＤカメラ２１は例えばルームミラー２３に内蔵されている。このＣＣＤカメラ２１は、車両１の前方の画像データ、特に車両１の走行車線１０の周辺の画像データを取得する撮像手段である。この撮像手段としては、Ｃ−ＭＯＳカメラなどＣＣＤカメラ２１以外のものを用いても良い。ＣＣＤカメラ２１は、例えば、取得した画像情報をＡＤ（Analog to Digital）変換によりデジタル画像データに変換して、画像処理部２２に出力する。

画像処理部２２は、ＣＣＤカメラ２１から入力された画像データに対する一連の画像認識処理を施し、車両１が走行する道路上に描かれた一対の白線（道路区画線）１０Ｌ，Ｒを認識することで、走行車線１０を検出するものである。ＣＣＤカメラ２１が撮像した画像データ内において、路面とその上に描かれた白線１０Ｌ，Ｒとの輝度差が大きいことから、走行車線１０を区画する白線１０Ｌ，Ｒはエッジ検出等によって比較的検出しやすく、車両１の前方の走行車線１０を検出するのに都合がいい。

図３に示すように、画像処理部２２は、検出した走行車線１０に基づいて、走行車線１０前方のカーブ半径Ｒ、走行車線１０に対する車両１のオフセットＤ（車両１の前後方向の中心軸１ａと走行車線１０の中心線１０Ｃの車両重心位置における接線１０ａとの横ずれ量）、及び、ヨー角θ（車両１の前後方向の中心軸１ａと走行車線１０の中心線１０Ｃの車両重心位置における接線１０ａとのなす角度）を、一連の演算を施すことで検出する。そして、その検出結果をＥＣＵ４に出力する。なお、カーブ半径Ｒ、オフセットＤ、ヨー角θはいずれも正負いずれの値も取ることがあり、符号は方向、または向きを示す。本実施形態においては、車両１の前後方向の中心軸１ａの左側を正の値で表し、車両１の前後方向の中心軸１ａの右側を負の値で表すこととする。以上のように、画像データに基づいて、カーブ半径Ｒ、オフセットＤ、及び、ヨー角θを検出する方法は、公知の方法を用いることができる。

センサ部３は、図１に示すように、舵角センサ３１、車速センサ３２、及び、ヨーレートセンサ３３を備えて構成されている。舵角センサ３１は、車両１の操舵角を検出してＥＣＵ４に出力するものである。本実施形態において、舵角センサ３１は、図１に示すステアリングホイール５１またはステアリングシャフト５２と接続され、ステアリングホイール５１の操舵角を検出し、その検出結果をＥＣＵ４に出力する。車速センサ３２は、例えば、車両１の各車輪の回転速度を検出することで、車両１の走行速度を検出するものである。本実施形態において、車速センサ３２は、図１に示す左右前輪ＦＲ，ＦＬなどに取り付けられ、各車輪の回転速度に応じた周期でパルス信号を発生する。そして、車速センサ３２は、このパルス信号をＥＣＵ４に出力する。また、ヨーレートセンサ３３は、車両１の重心近傍に配置され、重心鉛直軸回りのヨーレートを検出し、その検出信号をＥＣＵ４に出力するものである。

このように、センサ部３により検出された各種信号は、センサ部３と接続されているＥＣＵ４に出力される。ＥＣＵ４は、舵角センサ３１からの出力信号に基づいてステア角を検出すると共に、車速センサ３２からの出力信号に基づいて車速を検出する。なお、センサ部３は、ナビゲーションシステム（図示しない）を備えるようにしてもよい。この場合、ナビゲーションシステムはＧＰＳ（全地球測位システム、Global Positioning System）を利用して、ＣＣＤカメラ２１の視野範囲外における車両１前方の道路パラメータを探知する。そして、ＥＣＵ４は、センサ部３からの検出信号から各種データを検出する際に、このナビゲーションシステムが探知した道路パラメータを参照するようにしてもよい。

操舵機構５は、図１に示すように、ステアリングホイール５１、ステアリングシャフト５２、ステアリングギヤボックス５３、ラックバー５４、ナックルアーム５５、モータドライバ５６、及び、モータ５７を備えて構成されている。ステアリングホイール５１は、車両１の車室内に配設されており、運転者によって操作されることで車輪ＦＲ，ＦＬを転舵させる。このステアリングホイール５１は、ステアリングシャフト５２の一端に固定されている。ステアリングシャフト５２は、ステアリングホイール５１の回転に伴って回転する。

ステアリングシャフト５２の他端には、ステアリングギヤボックス５３を介してラックバー５４が連結されている。ステアリングギヤボックス５３は、ステアリングシャフト５２の回転運動をラックバー５４の軸方向への直進運動に変換する機能を有している。ラックバー５４の両端は、ナックルアーム５５を介して車輪ＦＬ，ＦＲの各ハブキャリア（図示しない）に連結されている。このような構成から、ステアリングホイール５１が回転されると、ステアリングシャフト５２、ステアリングギヤボックス５３、ラックバー５４、及び、ナックルアーム５５を介して、車輪ＦＬ，ＦＲが転舵される。

モータドライバ５６はＥＣＵ４に接続されている。ＥＣＵ４は、後述する論理に従ってモータドライバ５６に操舵制御信号を供給する。そして、モータドライバ５６は、この操舵制御信号に従って、ステアリングギヤボックス５３に配設されたモータ５７に駆動電流を供給することで、モータ５７を駆動させる。モータ５７は、モータドライバ５６から供給された駆動電流に応じた操舵トルクをラックバー５４に付与する。図示されていないが、ラックバー５４の一部外周面にはボールスクリュー溝が形成されており、モータ５７のロータにはこのボールスクリュー溝に対応するボールスクリュー溝を内周面上に有するボールナットが固定されている。一対のボールスクリュー溝の間には複数のベアリングボールが収納されており、モータ５７を駆動させるとロータが回転して、ラックバー５４の軸方向の直進運動、即ち、車輪の転舵を制御することができる。

続いて、画像部２及びセンサ部３から入力された道路パラメータ及び走行パラメータに基づいて、ＥＣＵ４により行われる操舵支援制御について、図４を参照しながら具体的に説明する。図４は、ＥＣＵ４により操舵制御信号が算出され、その操舵制御信号に応じた操舵トルクＴが操舵機構５により車輪ＦＬ，ＦＲに付与される際の動作を示すブロック図である。ここで、車両１が走行車線１０を適切に維持しながら走行するための目標となるオフセットやヨー角は、目標オフセットＤ_０及び目標ヨー角θ_０として予め設定されている。本実施形態においては、図３に示す走行車線１０の中心線１０Ｃを操舵制御の目標位置とし、その目標位置における目標オフセットＤ_０及び目標ヨー角θ_０の値は、ともにゼロとして設定されている。

先ず、画像部２のＣＣＤカメラ２１によって、車両１の前方が撮像される。そして、画像処理部２２は、撮像された画像に基づいて、走行車線１０のカーブ半径Ｒ、車両１のオフセットＤ及びヨー角θを算出する。なお、カーブ半径Ｒは、撮像された画像から幾何学的に求められる。幾何学的な求め方としては、車両１の所定距離前方における白線の横方向への偏位量や車両１の所定距離前方における白線の接線の傾きを参照して行えばよい。

操舵機構５に付与する操舵トルクＴは、下記の式（１）に基づいて算出される。
Ｔ＝Ｔ_Ｒ＋Ｔ_θ＋Ｔ_Ｄ＋Ｔ_積分…（１）

ここで、Ｔ_Ｒは、車両１を走行車線１０（カーブ）に沿って旋回させるために必要な操舵トルクである。この操舵トルクＴ_Ｒは、例えば式（２）に示すように、画像部２から入力されたカーブ半径Ｒを変数として、所定のトルク演算関数Ｇ_Ｒに基づいて算出される。
Ｔ_Ｒ＝Ｇ_Ｒ（Ｒ）…（２）

また、式（１）において、Ｔ_θはヨー角θを補償するための操舵トルクである。この操舵トルクＴ_θは、例えば式（３）に示すように、画像部２から入力されたヨー角θと目標ヨー角θ_０との偏差Δθ、すなわち（θ_０−θ）に係数Ｋ_θを乗じ、それを変数とする所定のトルク演算関数Ｇ_θに基づいて算出される。なお、本実施形態では、目標ヨー角θ_０がゼロであるため、ヨー角偏差Δθは（−θ）である。
Ｔ_θ＝Ｇ_θ（Ｋ_θ×（θ_０−θ））…（３）

また、式（１）において、Ｔ_ＤはオフセットＤを補償するための操舵トルクである。この操舵トルクＴ_Ｄは、例えば式（４）に示すように、画像部２から入力されたオフセットＤと目標オフセットＤ_０との偏差ΔＤ、すなわち（Ｄ_０−Ｄ）に係数Ｋ_ｄを乗じ、それを変数とする所定のトルク演算関数Ｇ_Ｄに基づいて算出される。なお、本実施形態では、目標オフセットＤ_０がゼロであるため、オフセット偏差ΔＤは（−Ｄ）である。
Ｔ_Ｄ＝Ｇ_Ｄ（Ｋ_Ｄ×（Ｄ_０−Ｄ））…（４）

また、式（１）において、Ｔ_積分は外乱による定常偏差を除去するためＥＣＵ４により行われる積分演算に応じた操舵トルクである。この操舵トルクＴ_積分は、例えば式（５）に示すように、オフセットＤの積分値に係数Ｋ_積分を乗じ、それを変数とする所定のトルク演算関数Ｇ_積分に基づいて算出される。
Ｔ_積分＝Ｇ_積分（Ｋ_積分×積分値）…（５）

このようにして算出された４つの操舵トルクＴ_Ｒ，Ｔ_θ，Ｔ_Ｄ及びＴ_積分を式（１）に従って合算することで、操舵トルクＴが算出される。

ところが、式（５）のように、外乱による定常偏差を除去するために、積分演算による処理を行うと、積分演算固有の特性による位相遅延が発生することを避けられない。このような位相遅延が生じると、外乱の振る舞いに伴って安定性が欠如された制御結果が得られるおそれがある。そこで、本実施形態においては、積分演算に伴って発生した位相遅延が全体の操舵支援制御に与える影響を抑えるため、２回にわたる積分演算を施した後に、制御状況に適した最良の演算結果を最終的な制御パラメータとして選択することで、位相遅延による影響を最小化する。以下、このような本実施形態に係る操舵支援装置の動作について、図５及び図６のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。

図５は本実施形態に係るサーボ制御装置の基本動作を示すフローチャートである。この図５のフローチャートにおける一連の制御処理は、例えばＥＣＵ４により繰り返し実行される。先ず、車両１が走行している走行車線１０の画像に基づいて、走行車線１０のカーブ半径Ｒ、車両１のオフセットＤ、ヨー角θなどの道路パラメータ及び走行パラメータが取得される。この際の映像はＣＣＤカメラ２１の撮像信号を読み込んだものが用いられ、その画像に基づく道路パラメータ取得処理及び走行パラメータ取得処理は画像処理部２２により行われる（ステップＳ１０１）。

オフセットＤを補償するための操舵トルクＴ_Ｄが例えば上述した式（４）に基づいて演算される（ステップＳ１０２）。そして、ヨー角θを補償するための操舵トルクＴ_θが例えば上述した式（３）に基づいて演算される（ステップＳ１０３）。

次に、オフセットＤに対する積分演算が行われる。この積分演算は以下に詳しく説明するように正積分演算（ステップＳ１０４〜ステップＳ１０６）と負積分演算（ステップＳ１０７〜ステップＳ１０９）に大別される。

先ず、正積分演算が行われる（ステップＳ１０４）。本実施形態においては、車両１の前後方向の中心軸１ａの左側を正の値で表すこととしたため、正積分演算は、中心軸１ａの左側において行われる。なお、本実施形態において、この正積分演算の結果であるオフセットＤの積分値（以下、「正積分値」と記載する）は、今回の制御処理における正積分値に当時点でのオフセット偏差ΔＤを足すことで求められる。

そして、正積分値の符号が判断される（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５にて、正積分値の符号が負の場合には、ステップＳ１０４にて求めた正積分値がゼロにリセットされる（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０４の正積分演算処理では、オフセットＤの積分値が負の値である場合に比べて、オフセットＤの積分値が正の値である場合に、制御状況により適合した情報が得られる。正積分演算処理は積分値が正の値を維持しているときに演算を行う（リセットされない）ので、その演算結果には積分値が負の値を維持していたときの影響が現れないからである。そのため、ステップＳ１０５にて、正積分値の符号が負の場合には、その正積分値をゼロにリセットすることで、制御状況に適合していない情報が全体の制御に及ぼす影響を抑えることができる。これで、定常的な外乱が発生しているときに安定的に外乱による影響を抑えることができる。一方、ステップＳ１０５にて、正積分値の符号が正の場合には、正積分値をリセットすることなく、処理の流れはステップＳ１０７に移行する。

次に、負積分演算が行われる（ステップＳ１０７）。本実施形態においては、車両１の前後方向の中心軸１ａの右側を負の値で表すこととしたため、負積分演算は、中心軸１ａの右側において行われる。なお、本実施形態において、この負積分演算の結果であるオフセットＤの積分値（以下、「負積分値」と記載する）は、今回の制御処理における負積分値に当時点でのオフセット偏差ΔＤを足すことで求められる。

そして、負積分値の符号が判断される（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０８にて、負積分値の符号が正の場合には、ステップＳ１０７にて求めた負積分値がゼロにリセットされる（ステップＳ１０９）。ステップＳ１０７の負積分演算処理では、オフセットＤの積分値が正の値である場合に比べて、オフセットＤの積分値が負の値である場合に、制御状況により適合した情報が得られる。負積分演算処理は積分値が負の値を維持しているときに演算を行う（リセットされない）ので、その演算結果には積分値が正の値を維持していたときの影響が現れないからである。そのため、ステップＳ１０８にて、負積分値の符号が正の場合には、その負積分値をゼロにリセットすることで、制御状況に適合していない情報が全体の制御に及ぼす影響を抑えることができる。これで、定常的な外乱が発生しているときに安定的に外乱による影響を抑えることができる。一方、ステップＳ１０８にて、負積分値の符号が負の場合には、負積分値をリセットすることなく、処理の流れはステップＳ１１０に移行する。

次に、正積分演算処理（ステップＳ１０４〜ステップＳ１０６）で求めた正積分値、及び、負積分演算処理（ステップＳ１０７〜ステップＳ１０９）で求めた負積分値のうち、制御状況に適したいずれかが、今後の処理で実際に用いられる制御パラメータとして選択される（ステップＳ１１０）。この制御パラメータ選択処理については、図６に示すフローチャートを参照しながら詳細に後述する。

ステップＳ１１０にて積分値が選択されると、その積分値を用いて、外乱による定常偏差を除去するための操舵トルクＴ_積分が例えば上述した式（５）により演算される（ステップＳ１１１）。そして、車両１を走行車線１０（カーブ）に沿って旋回させるための操舵トルクＴ_Ｒが例えば上述した式（２）に基づいて演算される（ステップＳ１１２）。

次に、全体の操舵支援制御に必要な操舵トルクＴが例えば上述した式（１）により演算される（ステップＳ１１３）。そして、その操舵トルクＴが操舵機構５に出力されることで、操舵支援制御が行われる（ステップＳ１１４）。

続いて、ステップＳ１１０の制御パラメータ選択処理について、図６に示すフローチャートを参照しながら詳細に説明する。図６に示す各処理は、負積分値をリセットする処理（ステップＳ２０１〜ステップＳ２０４）と、正積分値をリセットする処理（ステップＳ２０５〜ステップＳ２０８）と、実際の制御パラメータとして正積分値及び負積分値のうちいずれかを選択する処理（ステップＳ２０９〜ステップＳ２１３）とで大別される。以下、各処理について詳細に説明する。

先ず、目標位置と現在の車両１の実際の位置との偏差が、所定の第１しきい値（正のしきい値）より大きいか否かが判断される（ステップＳ２０１）。ここで、目標位置は、本実施形態の操舵支援装置１による操舵支援制御における目標制御値に相当するものであり、例えば、この目標位置として走行車線の中央位置が設定される。また、現在の車両１の実際の位置とは、本操舵支援制御における実制御値に相当する。したがって、目標位置と現在の車両１の実際の位置との偏差は、目標位置から現在の車両１の実際の位置までの距離（ずれ量）として表すことができる。なお、目標位置は、その目標位置に基づいて演算された目標操舵トルク（車両１をその目標位置まで移動させるために必要な操舵トルク）に対応し、現在の車両１の実際の位置は、操舵機構５に実際に与えられた実操舵トルクに対応する。そして、本実施形態では、第１しきい値が例えば＋２０ｃｍとして予め設定されている。

ステップＳ２０１にて、目標位置と現在の車両１の実際の位置との偏差が第１しきい値より大きい場合には、正積分フラグがＯＮの状態に制御され、負積分フラグはＯＦＦの状態に制御される（ステップＳ２０２）。

次に、前回の制御処理における負積分フラグの状態がＯＮであるか否か、及び、今回の制御処理における負積分フラグの状態がＯＦＦであるか否かが判断される（ステップＳ２０３）。

ステップＳ２０３にて、前回の制御処理における負積分フラグの状態がＯＮであり、かつ、今回の制御処理における負積分フラグの状態がＯＦＦである場合には、負積分値がゼロにリセットされる（ステップＳ２０４）。このような場合は、前回の制御処理と今回の制御処理とで、積分値の符号が変化した場合であると想定される。このような場合に、積分値の符号が変化する前の制御処理における積分値（現時点では負積分値）は位相遅延を含む可能性があり、その位相遅延が全体の制御に影響を与えかねない。そこで、本実施形態では、この負積分値をゼロにリセットすることで、負積分値の位相遅延の影響が全体の制御に及ぶことを抑える。

一方、ステップＳ２０１にて目標位置と現在の車両１の実際の位置との偏差が第１しきい値より大きくない場合には、負積分値がゼロにリセットされることなく、処理の流れはステップＳ２０５に移行する。また、ステップＳ２０３にて、前回の制御処理における負積分フラグの状態がＯＦＦであり、かつ、今回の制御処理における負積分フラグの状態がＯＦＦである場合にも、負積分値がゼロにリセットされることなく、処理の流れはステップＳ２０５に移行する。

次に、目標位置と現在の車両１の実際の位置との偏差が、所定の第２しきい値（負のしきい値）より小さいか否かが判断される（ステップＳ２０５）。なお、本実施形態では、第２しきい値が例えば−２０ｃｍとして予め設定されている。

ステップＳ２０５にて、目標位置と現在の車両１の実際の位置との偏差が第２しきい値より小さい場合には、負積分フラグがＯＮの状態に制御され、正積分フラグはＯＦＦの状態に制御される（ステップＳ２０６）。

次に、前回の制御処理における正積分フラグの状態がＯＮであるか否か、及び、今回の制御処理における正積分フラグの状態がＯＦＦであるか否かが判断される（ステップＳ２０７）。

ステップＳ２０７にて、前回の制御処理における正積分フラグの状態がＯＮであり、かつ、今回の制御処理における正積分フラグの状態がＯＦＦである場合には、正積分値がゼロにリセットされる（ステップＳ２０８）。このような場合は、前回の制御処理と今回の制御処理とで、積分値の符号が変化した場合であると想定される。このような場合に、積分値の符号が変化する前の制御処理における積分値（現時点では正積分値）は位相遅延を含む可能性があり、その位相遅延が全体の制御に影響を与えかねない。そこで、本実施形態では、この正積分値をゼロにリセットすることで、正積分値の位相遅延の影響が全体の制御に及ぶことを抑える。

一方、ステップＳ２０５にて目標位置と現在の車両１の実際の位置との偏差が第２しきい値より小さくない場合には、正積分値がゼロにリセットされることなく、処理の流れはステップＳ２０９に移行する。また、ステップＳ２０７にて、前回の制御処理における正積分フラグの状態がＯＦＦであり、かつ、今回の制御処理における正積分フラグの状態がＯＦＦである場合にも、正積分値がゼロにリセットされることなく、処理の流れはステップＳ２０９に移行する。

次に、正積分フラグがＯＮの状態であるか否かが判断される（ステップＳ２０９）。ステップＳ２０９にて、正積分フラグがＯＮの状態である場合には、正積分値が図５に示すステップＳ１１１以後の処理で実際に用いられる制御パラメータ（積分値）として選択される（ステップＳ２１０）。

一方、ステップＳ２０９にて、正積分フラグがＯＮの状態でない場合には、負積分フラグがＯＮの状態であるか否かが判断される（ステップＳ２１１）。ステップＳ２１１にて、負積分フラグがＯＮの状態である場合には、負積分値が図５に示すステップＳ１１１以後の処理で実際に用いられる制御パラメータ（積分値）として選択される（ステップＳ２１２）。一方、ステップＳ２１１にて、負積分フラグがＯＮの状態でない場合には、車両１は例えば目標位置に位置していると判断され、図５に示すステップＳ１１１以後の処理で実際に用いられる制御パラメータの値をゼロにリセットする（ステップＳ２１３）。

以上のように、本実施形態に係る操舵支援装置によれば、オフセットＤに対する積分演算を２回にわたって施す。例えば、前回の制御処理におけるオフセットＤの積分値が正の場合に、次回の制御処理における正積分演算が行われる。一方、前回の制御処理におけるオフセットＤの積分値が負の場合に、次回の制御処理における負積分演算が行われる。これにより、オフセットＤの積分値の符号、すなわち制御の状況に応じて差別化された情報が得られる。

一方、選択手段は、車両１の走行車線１０中での実際の位置が目標位置である車線中心位置になるように制御する際に、実際位置及び目標位置に基づいて、正積分演算及び負積分演算により得られたそれぞれの積分値のいずれかを用いるかを選択する。例えば、実際位置と目標位置との偏差が正の値を維持している場合には正積分演算により得られた積分値を以後の処理で用いられる制御パラメータとして選択し、偏差が負の値を維持している場合には負積分演算により得られた積分値を以後の処理で用いられる制御パラメータとして選択する。このとき、選択されない積分値はゼロにリセットすることで、確実に除去する。これにより、定常的な外乱が発生しているときにおいて、２つの積分演算による演算結果のうち、制御状況により適合した演算結果が選択されるので、安定的に外乱を除去することができる。

また、例えば、制御パラメータの符号が正から負に変わり、正積分演算による制御パラメータの位相遅延が全体の制御に妨げになると判断された時に、負積分演算による積分値のみが制御パラメータとして選択される。このときの判断は、目標位置と現在の車両１の実際の位置との偏差を、しきい値と比較することで行われる。例えば、制御の状況によって、位相遅延を含めていると判断された制御パラメータが除去され（ゼロにリセットされ）、当該制御状況により適合していると判断された演算結果が選択される。これにより、正積分演算による位相遅延が除去されるので、全体の制御における位相遅延が抑えられる。一方、制御パラメータの符号が負から正に変わる際にも同様の作用及び効果が得られる。

図７は、車両１のオフセットＤの値が正から負に変化する場合などにおいてのオフセットＤを表している。図７（ａ）は位相遅延が無い理想的な場合であり、図７（ｂ）は従来のように位相遅延ＴＤ_１による影響が有る場合である。図７（ｃ）は、積分演算により生じた位相遅延が本発明のサーボ制御装置により抑えられた場合である。なお、図７（ｃ）において、破線のグラフＡは正積分演算による積分値を表しており、破線のグラフＢは負積分演算による積分値を表している。実線のグラフＣはグラフＡの積分値及びグラフＢの積分値の中で選択された制御パラメータを表している。図７に示すように、図７（ｃ）に現れる位相遅延ＴＤ_２は、図７（ｂ）に現れる位相遅延ＴＤ_１に比べて、その遅れ度合いが少ないことが確認される。このように位相遅延が抑えられると、操舵摩擦などの外乱による影響が抑えられることになり、本発明に係るサーボ制御装置により例えば適切な操舵支援制御が行われる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。

例えば、本発明に係るサーボ制御装置は、上記のように限られなく、ロボットなどの位置制御に用いられても良い。そのときの目標制御値は例えば走行路の中心位置に限られることなく、位置制御の状況により適宜変更可能である。また、本実施形態においては、正積分演算による積分値、及び、負積分演算による積分値のうちいずれか一方を選択するようにしているが、両積分値に適宜な重みをかけるようにしても良い。また、車両及び道路の状況などに合わせ、第１しきい値及び第２しきい値を適宜に変更可能である。

本発明の実施形態に係るサーボ制御装置の構成概要図である。 走行車線１０の画像データが取得される状況を説明するための図である。 走行車線１０の各種道路パラメータを説明するための図である。 図１のサーボ制御装置の動作を示すためのブロック図である。 図１のサーボ制御装置の動作を示すためのフローチャートである。 図１のサーボ制御装置の動作を示すためのフローチャートである。 図１のサーボ制御装置により位相遅延が抑えられたことを示す図である。

符号の説明

１…車両、１０…走行車線、２…画像部、３…センサ部、４…ＥＣＵ、５…操舵機構。

Claims (10)

1. 所定の制御処理を繰り返し実行し、その実行結果に基づいて制御対象の状態を制御するサーボ制御装置であって、
   前記制御対象の状態を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された前記制御対象の状態を表す物理量に対する積分演算を行い、その積分値が正の値の場合に前記積分演算を継続する正積分手段と、
   前記検出手段により検出された前記制御対象の状態を表す物理量に対する積分演算を行い、その積分値が負の値の場合に前記積分演算を継続する負積分手段と、
   前記制御対象の状態が目標制御値になるように制御する際に、前記正積分手段または前記負積分手段のどちらを用いるかを選択する選択手段と、
   前記選択手段により選択された前記正積分手段または前記負積分手段の一方を用いて、前記制御対象の状態が前記目標制御値になるように制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とするサーボ制御装置。
2. 前記選択手段は、実制御値及び前記目標制御値に基づいて、前記正積分手段または前記負積分手段のどちらを用いるかを選択することを特徴とする請求項１に記載のサーボ制御装置。
3. 前記選択手段は、前記実制御値と前記目標制御値との偏差が所定の正のしきい値以上である場合に前記正積分手段を選択し、前記偏差が所定の負のしきい値以下である場合に前記負積分手段を選択することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサーボ制御装置。
4. 前記正積分手段の積分値の符号が負の場合に前記正積分手段の積分値をゼロとし、前記負積分手段の積分値の符号が正の場合に前記負積分手段の積分値をゼロとする設定手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のサーボ制御装置。
5. 前記設定手段は、前記偏差が前記正のしきい値以上である場合に前記負積分手段の積分値をゼロとし、前記偏差が前記負のしきい値以下である場合に前記正積分手段の積分値をゼロとすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のサーボ制御装置。
6. 車両が走行車線の所定の位置を走行するように車両の操舵を支援する車両用操舵支援装置であって、
   前記検出手段は、前記車両の前記走行車線中の目標位置からのずれ量であるオフセットを検出し、
   前記正積分手段は、前記検出手段により検出された前記オフセットに対する積分演算を行い、そのオフセット積分値が正の値の場合に積分演算を継続し、
   前記負積分手段は、前記検出手段により検出された前記オフセットに対する積分演算を行い、そのオフセット積分値が負の値の場合に積分演算を継続し、
   前記選択手段は、前記車両の前記走行車線中の前記位置が前記目標位置になるように制御する際に、前記正積分手段または前記負積分手段のどちらを用いるかを選択し、
   前記制御手段は、前記選択手段により選択された前記正積分手段または前記負積分手段の一方を用いて、前記車両の前記走行車線中の前記位置が前記目標位置になるように制御すること、
   を特徴とする請求項１に記載のサーボ制御装置。
7. 前記選択手段は、前記車両の前記走行車線中の前記位置、及び、前記目標位置に基づいて、前記正積分手段または前記負積分手段のどちらを用いるかを選択することを特徴とする請求項６に記載のサーボ制御装置。
8. 前記選択手段は、前記車両の前記走行車線中の前記位置と前記目標位置との偏差が所定の正のしきい値以上である場合に前記正積分手段を選択し、前記偏差が所定の負のしきい値以下である場合に前記負積分手段を選択することを特徴とする請求項６または請求項７に記載のサーボ制御装置。
9. 前記正積分手段のオフセット積分値の符号が負の場合に前記正積分手段のオフセット積分値をゼロとし、前記負積分手段のオフセット積分値の符号が正の場合に前記負積分手段のオフセット積分値をゼロとする設定手段を備えることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載のサーボ制御装置。
10. 前記設定手段は、前記偏差が前記正のしきい値以上である場合に前記負積分手段のオフセット積分値をゼロとし、前記偏差が前記負のしきい値以下である場合に前記正積分手段のオフセット積分値をゼロとすることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載のサーボ制御装置。
    
    
    
    
    

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