JP2015150897A - 操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で直進走行時における車両のふらつきを抑制する操舵制御装置を提供する。
【解決手段】車両の進行方向前方の車線情報に基づいて将来の車両の目標位置を算出する目標位置算出部５２と、車両の運動情報に基づいて将来の車両の推定位置を算出する推定位置算出部５３と、ステアリングシャフト２２を回転駆動して、電力供給が停止されると回転自在状態となる回転駆動装置２４と、目標位置算出部５２が算出した目標位置と推定位置算出部５３が算出した推定位置との差分が小さくなるように、回転駆動装置２４の回転角度を制御する回転角度制御部５４と、を備え、回転角度制御部５４は、目標位置と推定位置との差分が所定の閾値以下の場合に、回転駆動装置２４への電力供給を停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の操舵制御を行う操舵制御装置に関する。

従来から、モータによりステアリングシャフトを回転駆動することで、車両の操舵制御を行う操舵制御装置が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。そして、ステアリングシャフトを回転駆動するモータとしては、トラックのような中大型車の車両挙動を安定させるために、回転角度を制御する回転角度制御型のモータが用いられている。

このような操舵制御装置は、車両の運動情報から算出される推定位置が車線情報から算出される目標位置に近づくようにモータの回転角度を制御することで、車両を目標位置に向けて走行させている。

特開平１０−０３５５１６号公報 特開平１０−１００９１９号公報

しかしながら、車両を直進させる場合にも、推定位置が目標位置に一致しない場合が生じる。このような場合、操舵制御装置は、推定位置が目標位置に一致するようにモータを小刻みに駆動制御するため、車両のふらつき感を車両の乗員に与える恐れがある。

このような問題を解決する手段として、特許文献１及び２に記載されたように、ステアリングシャフトとモータとの間の機械的な連結を切るクラッチ機構を取り付けることが考えられる。これにより、操舵制御を行う必要がない場合に、当該クラッチ機構によりステアリングシャフトとモータとの間の機械的な連結を切ることで、車両のふらつき感を車両の乗員に与えるのを抑制することができる。

しかしながら、クラッチ機構を用いた場合、コストが高くなるという問題があり、また、クラッチ機構の信頼性確保やクラッチ機構を搭載するスペースの確保が難しいという問題もある。

そこで、本発明は、簡易な構成で直進走行時における車両のふらつきを抑制する操舵制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る操舵制御装置は、車両の操舵制御を行う操舵制御装置であって、車両の進行方向前方の車線情報に基づいて将来の車両の目標位置を算出する目標位置算出部と、車両の運動情報に基づいて将来の車両の推定位置を算出する推定位置算出部と、電力供給を受けている間は、回転角度が制御されてステアリングシャフトを回転駆動し、電力供給を受けていない間は、回転自在状態となる回転駆動装置と、目標位置算出部が算出した目標位置と推定位置算出部が算出した推定位置との差分が小さくなるように、回転駆動装置の回転角度を制御する回転角度制御部と、を備え、回転駆動装置は、電力供給が停止されると回転自在状態となり、回転角度制御部は、目標位置と推定位置との差分が所定の閾値以下の場合に、回転駆動装置への電力供給を停止する。

本発明に係る車両制御装置によれば、回転角度制御部が、目標位置と推定位置との差分が小さくなるように回転駆動装置の回転角度を制御することにより、車両を目標位置に向けて走行させることができる。しかも、目標位置と推定位置との差分が所定の閾値以下の場合は、回転角度制御部が、回転駆動装置への電力供給を停止するため、回転駆動装置が回転自在状態となる。回転駆動装置が回転自在状態になると、車両はセルフアライニングトルクにより直進を維持することができ、特に、トラックのような中大型車両では、セルフアライニングトルクによる直進性が高いため直進を長時間維持することができる。このため、簡易な構成で直進走行時における車両のふらつきを抑制することができる。

また、回転駆動装置は、ステアリングシャフトに回転出力を伝達する出力軸と、出力を回転駆動するモータ部と、を備え、モータ部は、回転駆動装置への電力供給が停止されると、出力軸を回転自在状態とすることができる。このように構成することで、回転駆動装置を容易に回転自在状態とすることができる。

本発明によれば、簡易な構成で直進走行時における車両のふらつきを抑制することができる。

実施形態に係る操舵制御装置の概略構成を示すブロック図である。 目標位置と推定位置との関係を説明するための図である。 車両の操舵制御を行うための制御ロジックを示す図である。 操舵制御装置の処理動作を示すフローチャートである。

以下、本実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態に係る操舵制御装置は、車両に搭載されて、運転者が急病等により運転できなくなった場合等に、運転者に代わって又は運転者の運転支援として車両の操舵制御（自動操舵）を行うものである。操舵制御の態様としては、例えば、現在走行している車線から外れないように車両を当該車線に保持するレーンキープや、現在走行している車線から路肩側の車線への車線変更が挙げられる。なお、以下の説明では、操舵制御としてレーンキープを行う場合について説明する。

図１は、実施形態に係る操舵制御装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、実施形態に係る操舵制御装置１は、ステアリングシステム２の回転駆動制御を行うことで車両の操舵制御を行う装置であり、車線情報取得部３と、運動情報取得部４と、制御部５と、を備えている。

ステアリングシステム２は、操舵輪に連結されたギアボックス２１に連結されたステアリングシャフト２２に、運転者が操舵操作を行うステアリングホイール２３が接続されている。そして、ステアリングシャフト２２には、ステアリングシャフト２２を回転駆動する回転駆動装置２４が機械的に連結されている。

回転駆動装置２４は、電力供給を受けている間は、回転角度が制御されてステアリングシャフト２２を回転駆動し、電力供給を受けていない間は、回転自在状態となる装置である。回転駆動装置２４には、回転駆動装置２４に電力を供給する駆動電源２５が電気的に接続されており、回転駆動装置２４は、駆動電源２５からの電力供給を受けることで、ステアリングシャフト２２を回転駆動することが可能となっている。回転駆動装置２４は、回転駆動力を出力する電動モータ等の電動機により構成することができる。回転駆動装置２４は、回転角度が制御される回転角度制御型であって、指令された回転角度だけステアリングシャフト２２を回転駆動することが可能となっている。

具体的に説明すると、回転駆動装置２４は、出力軸２４ａと、出力軸２４ａを回転させるモータ部２４ｂと、を備えており、駆動電源２５は、モータ部２４ｂに接続されている。出力軸２４ａは、回転駆動装置２４から回転駆動力が出力される軸である。モータ部２４ｂは、駆動電源２５からの電力供給を受けている間は、出力軸２４ａの回転角度を規制して、制御部５から指令された回転角度だけ出力軸２４ａを回転させる。なお、モータ部２４ｂは、駆動電源２５からの電力供給を受けているものの、制御部５から回転角度が指令されていない場合は、回転角度が０°であると判断して、出力軸２４ａを回転させないロック状態となる。一方、モータ部２４ｂは、駆動電源２５からの電力供給を受けていない間は、出力軸２４ａの回転角度の規制を解除して、出力軸２４ａを回転自在状態とする。回転自在状態とは、回転角度が規制されない（拘束されない）状態、つまり、出力軸２４ａが自由に回転することができる状態をいう。これにより、出力軸２４ａは、モータ部２４ｂに対して回転自在に支持された状態となる。

回転駆動装置２４を構成する電動モータとしては、例えば、パルス信号に同期して動作する（パルスが送られて来るたびに所定角度だけ回転する）ステッピングモータを用いることができる。

回転駆動装置２４の出力軸２４ａとステアリングシャフト２２とは、遊星歯車等の歯車機構により接続されており、出力軸２４ａは、ステアリングシャフト２２に回転出力を伝達することが可能となっている。つまり、モータ部２４ｂが出力軸２４ａを回転させると、出力軸２４ａからステアリングシャフト２２に回転出力が伝達され、ステアリングシャフト２２が回転する。なお、図１では、ステアリングホイール２３直下に回転駆動装置２４を配置しているが、スペース等の関係でギアボックス２１近傍に回転駆動装置２４を配置してもよい。

車線情報取得部３は、車両の進行方向前方の車線情報を取得するものである。車線とは、車両が走行する線（走行ライン）であって、例えば、左右の白線などの区画線により区画される線である。車線情報とは、車線の位置を示す情報であり、例えば、自車両を中心とした座標軸における区画線の座標情報で表すことができる。車線情報取得部３としては、例えば、カメラ等の撮像装置、ミリ波レーダ等の各種レーダ、ＧＰＳ等を用いることができる。車線情報取得部３として撮像装置を用いる場合、車線情報取得部３は、例えば、当該撮像装置により撮像した画像データを画像解析して区画線を抽出し、この注出した区画線から座標情報（区画線の情報）を取得することができる。車線情報取得部３としてレーダを用いる場合、車線情報取得部３は、例えば、当該レーダにより区画線を検出し、この検出した区画線から座標情報を取得することができる。車線情報取得部３としてＧＰＳを用いる場合、車線情報取得部３は、ＧＰＳで検出した現在位置と電子地図情報とを照らし合わし、当該電子地図情報から進行方向前方の区画線の座標情報を取得することができる。そして、車線情報取得部３は、車両の進行方向前方の車線情報を取得すると、取得した車線情報を制御部５に送信する。

運動情報取得部４は、車両の運動情報を取得するものである。運動情報取得部４は、運動情報として、速度及び車両に発生しているヨーレートを取得する。なお、運動情報取得部４は、運動情報として、速度及びヨーレート以外の情報を取得してもよい。車速は、例えば、各車輪の回転速度を検出し、各車輪の回転速度から車両の車速を算出することにより求めることができる。ヨーレートは、ヨーレートセンサにより車両に発生しているヨーレートを求めることができる。そして、運動情報取得部４は、取得した運動情報を制御部５に送信する。

制御部５は、車線情報取得部３及び運動情報取得部４から送信された情報に基づいて、回転駆動装置２４の回転角度を制御するものである。制御部５は、自動操舵要否判断部５１と、目標位置算出部５２と、推定位置算出部５３と、回転角度制御部５４と、の機能を備えている。なお、制御部５は、主にＣＰＵ等の演算装置とメモリ等の記憶装置とにより構成されており、予め記憶された様々なプログラムに従って各種制御を行うものである。

自動操舵要否判断部５１は、運転者に代わって、又は、運転者の運転支援として、車両の操舵制御を行うか否かを判断する機能を有する。例えば、運転者が急病等により運転できなくなった場合は、車両の操舵制御を行うものと判断する。運転者が急病等により運転できなくなっているか否かは、例えば、運転席や助手席などに設置した非常ボタンの操作に基づいて判断してもよく、車室内に設置したカメラにより撮像した運転者の顔画像の分析結果に基づいて判断してもよい。

目標位置算出部５２は、車線情報取得部３が取得した車線情報に基づいて将来の車両の目標位置を算出する機能を有する。将来の車両の目標位置とは、所定時間後（τ時間後）の車両の目標位置であって、例えば、５秒後の車両の目標位置とすることができる。目標位置算出部５２は、レーンキープの操舵制御を行う場合は、現在走行している車線の幅方向中央部を目標位置とする。車線変更の操舵制御を行う場合は、現在走行している車線の路肩側に隣接する車線の幅方向中央部を目標位置とする。なお、目標位置は、必ずしも車線の幅方向中央部である必要はなく、左側の区画線側に寄った位置であってもよく、右側の区画線側に寄った位置であってもよい。

推定位置算出部５３は、運動情報取得部４が取得した現在の車両の運動情報に基づいて将来の車両の推定位置を算出する機能を有する。将来の車両の推定位置とは、将来の車両の目標位置と同様に、所定時間後（τ時間後）の車両の推定位置であって、例えば、５秒後の車両の推定位置とすることができる。

図２は、目標位置と推定位置との関係を説明するための図である。図２に示すように、車両前後方向をｘ軸とし、ｘ軸に直交する方向（車両横方向）をｙ軸とした座標軸を考える。また、車速をＶ、ヨーレートをγ、ｙ軸方向におけるτ秒後の車両の推定位置をｙ_ｔ、ｘ軸方向におけるτ秒後の車両の推定位置ｌ_ｔとする。そして、推定位置算出部５３は、運動情報取得部４から車両の運動情報として車速及びヨーレートを取得すると、次の式（１）及び式（２）を演算することにより、τ秒後の車両の推定位置ｙ_ｔ及び推定位置ｌ_ｔを算出する。なお、この算出した推定位置ｙ_ｔ及び推定位置ｌ_ｔが、τ秒後の車両の推定位置となる。

ｙ_ｔ＝τ^２・Ｖ・γ（τ）／２ …（１）
ｌ_ｔ＝τ・Ｖ …（２）
回転角度制御部５４は、目標位置と推定位置とのズレ量（差分）が小さくなるように、回転駆動装置２４の回転角度を制御する機能を有する。つまり、回転角度制御部５４は、目標位置算出部５２が算出した目標位置と推定位置算出部５３が算出した推定位置とのズレ量ε（図２参照）が小さくなるように、回転駆動装置２４の回転角度を制御する。回転駆動装置２４の回転角度の制御は、回転駆動装置２４に対して回転角度の指令値を出力することにより行う。回転駆動装置２４として、パルス信号に同期して動作するステッピングモータを用いる場合は、このパルス信号の数が、回転駆動装置２４に回転させる回転角度の指令値となる。

図３は、車両の操舵制御を行うための制御ロジックを示す図である。図３に示すように、回転角度制御部５４は、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御を行うＰＩＤ制御部５６と、回転駆動装置２４に対して回転駆動させる回転角度を指令する回転角度指令部５７と、を備えている。

ＰＩＤ制御部５６は、比例制御（Ｐ制御）を行うＰ項５６ａと、積分制御（Ｉ制御）を行うＩ項５６ｂと、微分制御（Ｄ制御）を行うＤ項５６ｃと、を備えている。ＰＩＤ制御部５６は、目標位置と推定位置とのズレ量に基づくＰＩＤ制御により目標とするべき操舵角である目標操舵角を算出し、現在の操舵角と目標操舵角とのズレ量を算出する。なお、ＰＩＤ制御部５６としては、ＰＩＤ制御を行う公知の制御装置を用いることができる。

そして、回転角度指令部５７は、ＰＩＤ制御部５６が算出した現在の操舵角と目標操舵角とのズレ量が小さくなるように（ズレ量がゼロに近づくように）、回転駆動装置２４に対して、回転駆動させる回転角度を指令する。

但し、目標位置算出部５２が算出した目標位置と推定位置算出部５３が算出した推定位置とのズレ量ε所定の閾値以下の場合は、回転角度指令部５７は、回転駆動装置２４に対して回転角度指令を出力せずに、駆動電源２５から回転駆動装置２４への電力供給を停止する。目標位置と推定位置とのズレ量の所定の閾値としては、例えば、±１００ｍｍとすることができる。駆動電源２５から回転駆動装置２４への電力供給を停止する手段としては、例えば、駆動電源２５をＯＦＦにする手段や、駆動電源２５と回転駆動装置２４との間の電力供給路を電気的又は機械的に切断する手段などが挙げられる。

なお、目標位置算出部５２が算出した目標位置と推定位置算出部５３が算出した推定位置とのズレ量εとＰＩＤ制御部５６が算出した現在の操舵角と目標操舵角とのズレ量とは比例関係にあるため、目標位置算出部５２が算出した目標位置と推定位置算出部５３が算出した推定位置とのズレ量εを小さくすることと、ＰＩＤ制御部５６が算出した現在の操舵角と目標操舵角とのズレ量を小さくすることとは、同義となる。

そして、回転角度指令部５７から回転駆動装置２４に対して回転角度が指令されると、回転駆動装置２４は、指令された回転角度だけ回転駆動する。つまり、指令された回転角度だけモータ部２４ｂが出力軸２４ａを回転させる。これにより、ステアリングシャフト２２が回転する。そして、再度、推定位置算出部５３によりτ秒後の推定位置が算出される。

次に、図４を参照して、操舵制御装置１の処理動作について説明する。図４は、操舵制御装置の処理動作を示すフローチャートである。

図４に示す処理動作は、制御部５により行われる。そして、この処理動作は、自動操舵要否判断部５１が車両の操舵制御を行うと判断することにより開始され、車両の操舵制御を終了するための終了条件が満たされるまでの間、所定時間間隔で繰り返し行われる。終了条件が満たされる場合としては、例えば、自動操舵要否判断部５１が車両の操舵制御を終了すると判断した場合や、車両のエンジンスイッチがＯＦＦにされた場合等がある。

図４に示すように、制御部５は、まず、車線情報取得部３が取得した車両の進行方向前方の車線情報を取得するとともに（ステップＳ１）、運動情報取得部４が取得した車両の運動情報を取得する（ステップＳ２）。ステップＳ２の処理は、目標位置算出部５２により行われ、ステップＳ３の処理は、推定位置算出部５３により行われる。

次に、制御部５は、ステップＳ１において取得した車線情報に基づいて将来の車両の目標位置を算出するとともに（ステップＳ３）、ステップＳ２において取得した車両の運動情報に基づいて将来の車両の推定位置を算出する（ステップＳ４）。ステップＳ３の処理は、目標位置算出部５２により行われ、ステップＳ４の処理は、推定位置算出部５３により行われる。

次に、制御部５は、ステップＳ３で算出した目標位置とステップＳ４で算出した推定位置とのズレ量を算出する（ステップＳ５）。ステップＳ５の処理は、回転角度制御部５４により行われる。そして、ステップＳ３で算出した目標位置とステップＳ４で算出した推定位置とに基づいて目標操舵角を算出し、現在の操舵角と目標操舵角とのズレ量を算出する。

次に、制御部５は、ステップＳ５で算出した目標位置と推定位置とのズレ量が所定の閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳ６）。ステップＳ６の処理は、回転角度制御部５４により行われる。なお、目標位置と推定位置とのズレ量と現在の操舵角と目標操舵角とのズレ量とは比例関係にあるため、目標位置と推定位置とのズレ量が所定の閾値以下であるか否かの判断を、現在の操舵角と目標操舵角とのズレ量が、上記所定の閾値に対応する対応閾値以下であるか否かの判断により行ってもよい。つまり、現在の操舵角と目標操舵角とのズレ量が対応閾値以下であるか否かを判断することで、実質的に、目標位置と推定位置とのズレ量が所定の閾値以下であるか否かを判断することになる。

ズレ量が所定の閾値よりも大きいと判断した場合（ステップＳ６：ＮＯ）、制御部５は、ズレ量が小さくなるように、回転駆動装置２４に対して、回転駆動装置２４を回転駆動させる回転角度を指令する（ステップＳ７）。ステップＳ７の処理は、回転角度制御部５４により行われる。これにより、回転駆動装置２４は、モータ部２４ｂが指令された回転角度だけ出力軸２４ａを回転駆動することで、ステアリングシャフト２２を回転駆動する。そして、操舵制御装置１の処理動作を一旦終了し、再度ステップＳ１から繰り返す。

一方、ズレ量が所定の閾値以下であると判断した場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、制御部５は、回転駆動装置２４に対して回転角度を指令せずに、駆動電源２５から回転駆動装置２４への電力供給を停止する（ステップＳ８）。ステップＳ７の処理は、回転角度制御部５４により行われる。そして、操舵制御装置１の処理動作を一旦終了し、再度ステップＳ１から繰り返す。

このように、本実施形態によれば、回転角度制御部５４が、目標位置と推定位置との差分が小さくなるように回転駆動装置２４の回転角度を制御することにより、車両を目標位置に向けて走行させることができる。しかも、目標位置と推定位置との差分が所定の閾値以下の場合は、回転角度制御部５４が、回転駆動装置２４への電力供給を停止するため、回転駆動装置２４が回転自在状態となる。回転駆動装置２４が回転自在状態になると、車両はセルフアライニングトルクにより直進を維持することができ、特に、トラックのような中大型車両では、セルフアライニングトルクによる直進性が高いため直進を長時間維持することができる。このため、簡易な構成で直進走行時における車両のふらつきを抑制することができる。

また、回転駆動装置２４が、出力軸２４ａとモータ部２４ｂとを備えるものとし、回転駆動装置２４への電力供給が停止されると、モータ部２４ｂが出力軸２４ａを回転自在状態とすることで、回転駆動装置２４を容易に回転自在状態とすることができる。

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るものではない。

例えば、上記実施形態では、一つの制御装置で全ての機能を実現するものとして説明したが、これらの機能を複数の制御装置で実現してもよく、一つの機能を複数の制御装置で実現してもよい。

また、上記実施形態では、操舵制御装置の処理動作を具体的に説明したが、各ステップの処理順序は適宜変更することができ、例えば、各ステップの処理順序を適宜入れ替えてもよく、２以上のステップを並行して行ってもよい。

１…操舵制御装置、２…ステアリングシステム、３…車線情報取得部、４…運動情報取得部、５…制御部、２１…ギアボックス、２２…ステアリングシャフト、２３…ステアリングホイール、２４…回転駆動装置、２４ａ…出力軸、２４ｂ…モータ部、２５…駆動電源、５１…自動操舵要否判断部、５２…目標位置算出部、５３…推定位置算出部、５４…回転角度制御部、５６…ＰＩＤ制御部、５６ａ…Ｐ項、５６ｂ…Ｉ項、５６ｃ…Ｄ項、５７…回転角度指令部。

Claims (2)

1. 車両の操舵制御を行う操舵制御装置であって、
   前記車両の進行方向前方の車線情報に基づいて将来の前記車両の目標位置を算出する目標位置算出部と、
   前記車両の運動情報に基づいて将来の前記車両の推定位置を算出する推定位置算出部と、
   電力供給を受けている間は、回転角度が制御されてステアリングシャフトを回転駆動し、電力供給を受けていない間は、回転自在状態となる回転駆動装置と、
   前記目標位置算出部が算出した前記目標位置と前記推定位置算出部が算出した前記推定位置との差分が小さくなるように、前記回転駆動装置の回転角度を制御する回転角度制御部と、
   を備え、
   前記回転角度制御部は、前記目標位置と前記推定位置との差分が所定の閾値以下の場合に、前記回転駆動装置への電力供給を停止する、
   操舵制御装置。
2. 前記回転駆動装置は、前記ステアリングシャフトに回転出力を伝達する出力軸と、前記出力を回転駆動するモータ部と、を備え、
   前記モータ部は、前記回転駆動装置への電力供給が停止されると、前記出力軸を回転自在状態とする、
   請求項１に記載の操舵制御装置。

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