JP2017177944A - 自動操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オーバーライド操作の後の自動操舵再開時において運転者が受ける不快感を低減することのできる自動操舵装置を提供する。【解決手段】自動操舵装置は、ステアリングホイールへの入力トルクを検出するトルクセンサ、電動パワーステアリング装置、前方の道路に沿って車両が走行するための指示舵角を算出して出力する自動操舵指示装置、および前記指示舵角に応じて前記電動パワーステアリング装置が備えるモータに舵角制御電流を出力し、実舵角を前記支持舵角に追従させるフィードバック制御を実行する操舵制御部、を備える自動操舵装置であって、前記操舵制御部は、オーバーライド操作の後の自動操舵再開から所定の期間中において、前記実舵角の角速度および角加速度の上限値を、上記所定の期間外における前記実舵角の角速度および角加速度の上限値よりも低く設定して、前記舵角制御電流を出力する。【選択図】図３

Description

本発明は、車両の自動操舵装置に関する。

例えば特開２００５−３４３１８４号公報に開示されているように、車両が走行中の道路形状等を認識して車両の操舵を自動的に行う自動操舵装置が知られている。また、車両の自動操舵装置において、特開２００５−３４３１８４号公報に開示されているように、自動操舵の実行中における運転者によるステアリングホイールの操作（オーバーライド操作）の有無を判定し、オーバーライド操作が行われたと判定した場合には、自動操舵を停止して運転者の操作を優先する技術が知られている。自動操舵装置は、オーバーライド操作が終了したと判定した場合には、自動操舵の制御を再開する。

特開２００５−３４３１８４号公報

オーバーライド操作の終了時点における車両の進路は、自動操舵装置が定めた進路と異なる場合がある。この場合、自動操舵装置は、自動操舵の制御の再開ととともに、進路を元に戻すために比較的大きな舵角を車両に与えてしまう場合があり、運転者や同乗者に不快感を与えてしまう可能性がある。

本発明は前述した問題を解決するものであり、オーバーライド操作の後の自動操舵再開時において運転者が受ける不快感を低減することのできる自動操舵装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の自動操舵装置は、運転者によるステアリングホイールへの入力トルクを検出するトルクセンサ、電動パワーステアリング装置、車両が走行中の道路の形状を認識し、当該道路の形状に沿って前記車両が走行するために必要な舵角の情報である指示舵角を算出して出力する自動操舵指示装置、および前記指示舵角に応じて前記電動パワーステアリング装置が備えるモータに舵角制御電流を出力し、実舵角を前記指示舵角に追従させるフィードバック制御を実行する操舵制御部、を備え、前記操舵制御部は、前記フィードバック制御の実行時において、前記入力トルクが所定の第１閾値以上となったことを検出した時点で前記フィードバック制御を一時停止し、前記入力トルクが前記第１閾値よりも低い所定の第２閾値未満となったことを検出した時点で前記フィードバック制御を再開する自動操舵装置であって、前記操舵制御部は、前記フィードバック制御の一時停止後に前記入力トルクが前記第２閾値未満となったことを検出した時点から所定の期間中において、前記実舵角の角速度および角加速度の上限値を、上記所定の期間外における前記実舵角の角速度および角加速度の上限値よりも低く設定して、前記舵角制御電流を出力する。

本発明によれば、オーバーライド操作の後の自動操舵再開時において運転者が受ける不快感を低減することのできる自動操舵装置を提供することができる。

自動操舵装置の構成を示すブロック図である。 電動パワーステアリング装置の制御を説明するためのブロック図である。 オーバーライド操作の後の自動操舵再開時における電動パワーステアリング装置の制御を説明するためのブロック図である。

以下に、本発明の好ましい形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、及び各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。

図１に示す本実施形態の自動操舵装置１は、車両の自動運転動作時において操舵を行う装置である。自動操舵装置１は、車両の舵角を変更する機構を備える電動パワーステアリング装置（以下ではＥＰＳと称する）１０と、自動運転動作時においてＥＰＳ１０に操舵の指示を与える自動操舵指示装置２と、を備える。

車両の運転者の入力によるステアリングホイール９の回動は、ＥＰＳ１０が備える転舵機構部１５を介して転舵輪２０の転舵方向への回動に変換される。本実施形態では一例として、転舵機構部１５は、ラック＆ピニオン機構を有している。転舵機構部１５のラック＆ピニオン機構のピニオンギヤが設けられたピニオン軸１５ａは、ステアリングホイール９にユニバーサルジョイント等を介して連結されており、ピニオン軸１５ａはステアリングホイール９と共に回動する。

ＥＰＳ１０は、電動アクチュエータであるモータ１４を備え、運転者によるステアリングホイール９への入力に応じて、モータ１４が出力するトルクをピニオン軸１５ａに加えることにより運転者がステアリングホイール９に加える操作力を軽減する、いわゆるパワーアシスト動作を行う。また、ＥＰＳ１０は、車両の自動運転動作時において、運転者によるステアリングホイール９への入力とは独立して、自動操舵指示装置２から出力される指示に応じて、モータ１４によりピニオン軸１５ａを回動させて転舵輪２０を転舵方向に回動させる。ＥＰＳ１０の機械的な構成については公知であるため、詳細な説明は省略する。

自動操舵指示装置２は、車両の周囲の外部環境を認識する外部環境認識装置３、車両が走行中の道路の形状を認識するナビゲーション装置４、および車両の走行速度、前後方向加速度、ヨーレート等の車両の挙動を検知する車両挙動検知装置５を備える。

外部環境認識装置３は、車両の外部環境を認識するセンサーからの情報に基づいて車両前方の走行路の形状や、走行路上および走行路の周囲に存在する物体の存在を認識する。外部環境認識装置３は、例えば車両前方を視野内に収めるステレオカメラを備え、ステレオカメラによって撮像された画像に既知の画像処理等を施すことによって、車両前方の道路の形状や、進行方向に存在する物体の位置や動きを認識する。

ナビゲーション装置４は、衛星測位システム、慣性航法装置および路車間通信の少なくとも一つを用いて車両の現在位置（緯度、経度）を検出する測位装置と、地図情報を記憶する地図情報記憶部と、を備える。地図情報には、道路の曲率、縦断面勾配、他の道路との交差の様子等の道路の形状を示す情報が含まれる。ナビゲーション装置４は、測位装置により検出された車両の現在位置と、地図情報記憶部が記憶している地図情報と、に基づいて、車両前方の道路の形状を認識する。

自動操舵指示装置２は、外部環境認識装置３およびナビゲーション装置４により認識される道路の形状等の情報と、車両の現在の挙動の情報と、車両の運動モデルの情報と、に基づいて、車両を現在走行中である道路に沿って走行させるために必要となるピニオン軸８ａの角度である指示舵角θｃを算出し、ＥＰＳ１０に出力する。ステレオカメラ等の外部環境認識装置を用いた自動操舵指示装置は公知であるため、詳細な構成の説明を省略する。

ＥＰＳ１０は、転舵機構部１５、操舵制御部１１、入力トルクセンサ１２、ピニオン軸角度センサ１３、およびモータ１４を備える。転舵機構部１５は、ピニオン軸１５ａを回動させる力を、転舵輪２０を転舵方向に回動させる力に変換する機構を有する。本実施形態のようなラック＆ピニオン機構を用いた転舵機構部は公知の技術である。

操舵制御部１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力装置等がバスに接続されたコンピュータより構成されており、ＥＰＳ１０の動作を所定のプログラムに基づいて制御する。

入力トルクセンサ１２は、運転者によりステアリングホイール９を介してピニオン軸１５ａに入力されたトルクである入力トルクＴｍを検出する。ピニオン軸角度センサ１３は、ピニオン軸１５ａの回動の角度θを検出する。

モータ１４は、ピニオン軸１５ａを軸周りに回動するトルクであるモータ出力トルクＴｏを出力する電動モータである。すなわち、ピニオン軸１５ａには、運転者からステアリングホイール９を介して入力される入力トルクＴｍと、モータ１４から入力されるモータトルクＴｏが入力される。

図２は、ＥＰＳ１０の自動運転動作時における操舵制御のブロック図である。図２に示すように、ＥＰＳ１０には、自動操舵指示装置２により算出された指示舵角θｃの情報が入力される。

車両の自動運転動作時において、ＥＰＳ１０の操舵制御部１１は、指示舵角θｃを目標値として、モータ１４に与える舵角制御電流Ｉｓを変化させることにより、制御量であるピニオン軸１５ａの角度θを指示舵角θｃに追従させるフィードバック制御を実行する。

本実施形態の操舵制御部１１は、フィードバック制御の方法として一般的なＰＩＤ制御を用いて、舵角制御電流Ｉｓを算出するＰＩＤ制御部１１ａを有する。ＰＩＤ制御部１１ａは、舵角制御および舵角速度制御について、それぞれの比例ゲインＫｐ、微分ゲインＫｄ、および積分ゲインＫｉの値を変化させることができる。

また、ＥＰＳ１０の操舵制御部１１は、入力トルクＴｍとピニオン軸角度θとが所定の関係となるように、モータ１４に与えるアシスト電流Ｉａを算出し、運転者によるステアリングホイール９への入力を補助するパワーアシスト動作を実行する。操舵制御部１１は、入力トルクＴｍからアシスト電流値Ｉａを算出する際のゲインであるパワーアシストゲインの値を変化させることができる。

以上に説明したように、自動運転動作時において、モータ１４に入力される指令電流Ｉｃは、舵角制御電流Ｉｓにアシスト電流Ｉａを加えた値となる。モータ１４は、指令電流Ｉｃに応じたモータトルクＴｏを出力する。

運転者がステアリングホイール９に力を加えていない場合であれば、ＰＩＤ制御部１１ａが出力する舵角制御電流Ｉｓと、モータ１４に入力される指令電流Ｉｃとは等しい。また、自動運転動作時において、運転者がステアリングホイール９に入力トルクＴｍを加えた場合、入力トルクＴｍおよびアシスト電流Ｉａは外乱としてＥＰＳ１０に作用する。また、ピニオン軸１５ａには、路面に対する転舵輪２０の移動に伴い発生する路面反力トルクＴｒも入力される。

次に、以上に説明した構成を有する自動操舵装置１の自動運転動作時におけるオーバーライド判定処理の動作について説明する。

オーバーライドとは、車両の自動運転動作中に、運転者がステアリングホイール９を操作することである。オーバーライドは、例えば運転者が自動運転動作の走行経路とは異なる経路で車両を走行させようとした場合に行われる。オーバーライド判定処理は、運転者によるステアリングホイール９の操作を検出した場合に、一時的に自動運転動作を停止して運転者による手動運転に切り替える処理である。

概略的には、本実施形態の自動操舵装置１の操舵制御部１１は、入力トルクセンサ１２により検出する入力トルクＴｍが、所定の値である第１閾値Ｔｔｈ１以上となった場合に、運転者によるオーバーライド操作が行われたと判定する。また、操舵制御部１１は、運転者によるオーバーライド操作が行われたと判定した後に、入力トルクセンサ１２により検出する入力トルクＴｍが、第１の閾値Ｔｔｈ１よりも低い所定の値である第２閾値Ｔｔｈ２未満となった場合に、運転者によるオーバーライド操作が終了したと判定する。

操舵制御部１１は、運転者によるオーバーライド操作が行われていると判定している期間中は、自動操舵装置１による操舵のフィードバック制御を一時的に停止する。

図３は、オーバーライド操作が終了したと判定した時点における、ＥＰＳ１０の制御を説明するためのブロック図である。図３に示すように、オーバーライド操作が終了したと判定した時点におけるＥＰＳ１０の制御は、図２に示した通常の自動運転動作時におけるＥＰＳ１０の制御に対し、舵角速度リミッター１１ｂが追加される点が異なる。

ここで、図３に示すようにＥＰＳ１０の制御に舵角速度リミッター１１ｂが適用される期間は、オーバーライド操作が行われたと判定した後であって、かつ入力トルクＴｍが第２閾値Ｔｔｈ２未満となったことを検出した時点から所定の時間ｔ１が経過するまでの期間である。

舵角速度リミッター１１ｂは、自動操舵装置１による操舵のフィードバック制御においてモータ１４に与える舵角制御電流Ｉｓに作用し、後述するように、ピニオン軸１５ａの角速度および角加速度の最大値を制限する。

以下の説明では、オーバーライド操作が行われたと判定した後であって、かつ入力トルクＴｍが第２閾値Ｔｔｈ２未満となったことを検出した時点からの経過時間を復帰後時間ｔと称し、入力トルクＴｍが第２閾値Ｔｔｈ２未満となったことを検出した時点をｔ＝０［秒］とする。また、復帰後時間の値が０≦ｔ≦ｔ１の期間（図３に示すＥＰＳ１０の制御が行われる期間）を、リミッター有効期間と称する。

図３に示すように、舵角速度リミッター１１ｂには、ピニオン軸１５ａの角速度であるピニオン軸角速度ω、およびピニオン軸１５ａの角加速度であるピニオン軸角加速度αの値が入力される。

ピニオン軸角速度ωは、ピニオン軸角度センサ１３により検出されるピニオン軸角度θを時間で微分することにより算出される。またピニオン軸角加速度αは、ピニオン軸角速度ωを時間で微分することにより算出される。

また、舵角速度リミッター１１ｂは、リミッター有効期間において許容する最大のピニオン軸角速度である限界角速度ω１と、リミッター有効期間において許容する最大のピニオン軸角加速度である限界角加速度α１と、を記憶している。限界角速度ω１および限界角加速度α１の値は、リミッター有効期間外である通常の自動運転動作時におけるピニオン軸１５ａの限界角速度および限界角加速度よりも低い値に設定される。

また、舵角速度リミッター１１ｂは、舵角制御電流Ｉｓに乗算されるゲインである舵角速度リミッターゲインＧを有する。舵角速度リミッターゲインＧの値は０以上１以下の範囲内で可変である。舵角速度リミッターゲインＧの値が１未満である場合には、舵角速度リミッター１１ｂの作用により、自動操舵装置１による操舵のフィードバック制御において舵角制御電流Ｉｓの値が減少する。

舵角速度リミッター１１ｂは、リミッター有効期間中において、ピニオン軸角速度ωが、限界角速度ω１を超えないように、舵角速度リミッターゲインＧの値を変化させ、舵角制御電流Ｉｓに作用する。

具体的には、舵角速度リミッターゲインＧの値は、以下に説明する３つのゲインＧ１、Ｇ２およびＧ３を乗算したものである。すなわち、Ｇ＝Ｇ１・Ｇ２・Ｇ３である。３つのゲインＧ１、Ｇ２およびＧ３のそれぞれは、０以上１以下の範囲内で可変の値である。

ゲインＧ１は、ピニオン軸角速度ωの変化に応じて変化する値であり、ピニオン軸角速度ωの値が限界角速度ω１に近づくほど小さくなる。本実施形態では一例として、Ｇ１＝１−（ω／ω１）である。

ゲインＧ１の存在により、リミッター有効期間中は、ピニオン軸角速度ωの値が大きくなり限界角速度ω１に近づくほど、舵角速度リミッターゲインＧの値が小さくなり舵角制御電流Ｉｓの値が減少する。したがって、本実施形態の自動操舵装置１では、リミッター有効期間中において、ピニオン軸角速度ωが限界角速度ω１を超えることがない。

ゲインＧ２は、リミッター有効期間中において復帰後時間ｔの値が大きくなるほど大きくなる値であり、リミッター有効期間外では値が１に固定される。ゲインＧ２は、復帰後時間ｔ＝０の時点では値が０であり、復帰後時間ｔ＝ｔ１の時点で１となるように、時間の経過とともに大きくなる。本実施形態では一例として、リミッター有効期間中（０≦ｔ≦ｔ１）では、Ｇ２＝ｔ／ｔ１である。また、リミッター有効期間外（ｔ＞ｔ１）では、Ｇ２＝１である。

ゲインＧ２の存在により、リミッター有効期間中は、復帰後時間ｔの値が小さくなるほど、舵角速度リミッターゲインＧの値が小さくなり舵角制御電流Ｉｓの値が減少する。したがって、運転者によるオーバーライド操作が行われた後にフィードバック制御に復帰した直後においては、舵角速度リミッターゲインＧの値がほぼ０となるため、ピニオン軸角度θの急変が抑制される。

ゲインＧ３は、ピニオン軸角加速度αの変化に応じて変化する値であり、ピニオン軸角加速度αの値が限界角加速度α１に近づくほど小さくなる。本実施形態では一例として、Ｇ３＝１−（α／α１）である。

ゲインＧ３の存在により、リミッター有効期間中は、ピニオン軸角加速度αの値が大きくなり限界角加速度α１に近づくほど、舵角速度リミッターゲインＧの値が小さくなり舵角制御電流Ｉｓの値が減少する。したがって、本実施形態の自動操舵装置１では、リミッター有効期間中において、ピニオン軸角加速度αが限界角加速度α１を超えることがない。

以上に説明したように、本実施形態の自動操舵装置１は、自動操舵のフィードバック制御の実行時において、入力トルクＴｍが所定の第１閾値Ｔｔｈ１以上となったことを検出した時点でフィードバック制御を一時停止して、運転者によるオーバーライド操作による操舵を優先して実行する。その後、自動操舵装置１は、入力トルクＴｍが第１閾値Ｔｔｈ１よりも低い所定の第２閾値Ｔｔｈ２未満となったことを検出した時点（ｔ＝０）で、運転者によるオーバーライド操作が終了したと判定し、自動操舵のフィードバック制御を再開する。

そして、運転者によるオーバーライド操作が行われた後に自動操舵のフィードバック制御の実行状態に復帰した後の所定の期間であるリミッター有効期間中（０≦ｔ≦ｔ１）において、操舵制御部１１は、舵角速度リミッター１１ｂにより、ピニオン軸角速度ωが限界角速度ω１を超えず、かつピニオン軸角加速度αが限界角加速度α１を超えないように、舵角制御電流Ｉｓの値を減少させる。

ここで、限界角速度ω１および限界角加速度α１は、リミッター有効期間外である通常の自動運転動作時におけるピニオン軸１５ａの限界角速度および限界角加速度よりも低い値に設定されていることから、本実施形態の自動操舵装置１では、オーバーライド操作の後の自動操舵再開時において急な舵角の変化が抑制され、運転者が受ける不快感を低減することができる。

また、本実施形態の自動操舵装置１では、ゲインＧ３の作用により、オーバーライド操作の後の自動操舵再開直後は、舵角速度リミッターゲインＧの値がほぼ０となり、その後時間の経過とともに舵角速度リミッターゲインＧの値が大きくなる。このため、本実施形態の自動操舵装置１では、オーバーライド操作の後の自動操舵再開直後におけるピニオン軸角度θの急変が抑制され、運転者が受ける不快感を低減することができる。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う自動操舵装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１ 自動操舵装置、
２ 自動操舵指示装置、
３ 外部環境認識装置、
４ ナビゲーション装置、
５ 車両挙動検知装置、
９ ステアリングホイール、
１０ 電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）
１１ 操舵制御部、
１１ａ ＰＩＤ制御部、
１１ｂ 舵角速度リミッター、
１２ 入力トルクセンサ、
１３ ピニオン軸角度センサ、
１４ モータ、
１５ 転舵機構部、
１５ａ ピニオン軸、
２０ 転舵輪。

Claims (1)

1. 運転者によるステアリングホイールへの入力トルクを検出するトルクセンサ、
   電動パワーステアリング装置、
   車両が走行中の道路の形状を認識し、当該道路の形状に沿って前記車両が走行するために必要な舵角の情報である指示舵角を算出して出力する自動操舵指示装置、および
   前記指示舵角に応じて前記電動パワーステアリング装置が備えるモータに舵角制御電流を出力し、実舵角を前記指示舵角に追従させるフィードバック制御を実行する操舵制御部、
   を備え、
   前記操舵制御部は、前記フィードバック制御の実行時において、前記入力トルクが所定の第１閾値以上となったことを検出した時点で前記フィードバック制御を一時停止し、前記入力トルクが前記第１閾値よりも低い所定の第２閾値未満となったことを検出した時点で前記フィードバック制御を再開する
   自動操舵装置であって、
   前記操舵制御部は、前記フィードバック制御の一時停止後に前記入力トルクが前記第２閾値未満となったことを検出した時点から所定の期間中において、前記実舵角の角速度および角加速度の上限値を、上記所定の期間外における前記実舵角の角速度および角加速度の上限値よりも低く設定して、前記舵角制御電流を出力する
   ことを特徴とする自動操舵装置。

Images