JP2021091255A - 保舵判定装置、ステアリング制御装置、及びステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵部材をドライバが保舵しているのか否かの判定精度の向上を図る。【解決手段】操舵部材（４１０）をドライバが保舵しているのか否かを判定する保舵判定装置（６２０）であって、操舵トルクと、車輪（３００）の転舵角に関連する状態量の実測値とを参照して、当該状態量の予測値を逐次的に算出する予測値算出部（６２１）と、前記予測値算出部が算出した予測値と、当該予測値に対応する実測値とを参照して、前記操舵部材をドライバが保舵しているのか否かを判定する保舵判定部（６２２）とを備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、保舵判定装置、ステアリング制御装置、及びステアリング装置に関する。

従来、自車両の目標進路に沿って操舵角を決定し、ステアリング装置を自動操舵する制御装置が知られている。これらのステアリング装置を自動操舵する制御装置では、制御誤差とドライバの意思を加味して車両の走行制御を行うための技術が提案されている。

上記のような制御装置では、操舵部材をドライバが保持している保舵状態であるか否かを判定し、判定結果に応じて自動操舵の解除を制御している。例えば、特許文献１では、トーションバートルクおよびハンドル慣性トルクの他に、ハンドルの重心に作用する重力によって第１軸に与えられる重力トルクを考慮して、運転者によってハンドルに加えられるドライバトルクを推定している。

特開２０１９−１４４６８号公報（２０１９年１月３１日公開）

ところで、保舵状態か否かは、より精度よく判定できることが好ましい。

本発明の一態様は、保舵状態であるのか否かの判定精度の向上を図ることができる技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る保舵判定装置は、操舵部材をドライバが保舵しているのか否かを判定する保舵判定装置であって、操舵トルクと、車輪の転舵角に関連する状態量の実測値とを参照して、当該状態量の予測値を逐次的に算出する予測値算出部と、前記予測値算出部が算出した予測値と、当該予測値に対応する実測値とを参照して、前記操舵部材をドライバが保舵しているのか否かを判定する保舵判定部とを備えている。

本発明の一態様によれば、操舵部材をドライバが保舵しているのか否かの判定精度の向上を図ることができる。

本発明の実施形態に係る車両の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るステアリング制御部の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る予測値算出部の構成例を示すブロック図である。 保舵判定装置の処理の流れを示すフローチャートである。 カルマンフィルタの処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る予測算出部が算出した予測値と更新値との関係の一例を模式的に示すグラフである。 本発明の実施形態に係る予測算出部が算出した予測値と更新値との関係の一例を模式的に示すグラフである。 本発明の実施形態に係る予測算出部が算出した予測値と更新値との関係の一例を模式的に示すグラフである。

〔実施形態１〕
以下、本発明の実施形態１について、詳細に説明する。

（車両９００の構成）
図１は、本実施形態に係る車両９００の概略構成を示す図である。図１に示すように、車両９００は、懸架装置（サスペンション）１００、車体２００、車輪３００、タイヤ３１０、操舵部材４１０、ステアリングシャフト４２０、トルクセンサ４３０、舵角センサ４４０、トルク印加部４６０、ラックピニオン機構４７０、ラック軸４８０、エンジン５００、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）（制御装置、制御部、ステアリング制御装置）６００、発電装置７００およびバッテリ８００を備えている。ここで、懸架装置１００、及びＥＣＵ６００は、本実施形態に係るサスペンション装置を構成する。また、操舵部材４１０、ステアリングシャフト４２０、トルクセンサ４３０、舵角センサ４４０、トルク印加部４６０、ラックピニオン機構４７０、ラック軸４８０、及びＥＣＵ６００は、本実施形態に係るステアリング装置（操舵装置）を構成する。

車両９００は、操舵部材４１０をドライバが保持して操舵している状態である保舵状態（ハンズオン）で走行する通常運転と、操舵部材４１０からドライバが手を放した手放し状態（ハンズオフ）で自動操舵制御により走行する自動運転とを実現する車両である。

タイヤ３１０が装着された車輪３００は、懸架装置１００によって車体２００に懸架されている。車両９００は、四輪車であるため、懸架装置１００、車輪３００およびタイヤ３１０については、それぞれ４つ設けられている。

なお、左側の前輪、右側の前輪、左側の後輪および右側の後輪のタイヤ及び車輪をそれぞれ、タイヤ３１０Ａ及び車輪３００Ａ、タイヤ３１０Ｂ及び車輪３００Ｂ、タイヤ３１０Ｃ及び車輪３００Ｃ、並びに、タイヤ３１０Ｄ及び車輪３００Ｄとも称する。以下、同様に、左側の前輪、右側の前輪、左側の後輪および右側の後輪にそれぞれ付随した構成を、符号「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」及び「Ｄ」を付して表現することがある。

懸架装置１００は、油圧緩衝装置、アッパーアーム及びロアーアームを備えている。また、油圧緩衝装置は、一例として、当該油圧緩衝装置が発生させる減衰力を調整する電磁弁であるソレノイドバルブを備えている。ただし、これは本実施形態を限定するものではなく、油圧緩衝装置は、減衰力を調整する電磁弁として、ソレノイドバルブ以外の電磁弁を用いてもよい。例えば、上記電磁弁として、電磁流体（磁性流体）を利用した電磁弁を備える構成としてもよい。

エンジン５００には、発電装置７００が付設されており、発電装置７００によって生成された電力がバッテリ８００に蓄積される。

ドライバの操作する操舵部材４１０は、ステアリングシャフト４２０の一端に対してトルク伝達可能に接続されており、ステアリングシャフト４２０の他端は、ラックピニオン機構４７０に接続されている。

ラックピニオン機構４７０は、ステアリングシャフト４２０の軸周りの回転を、ラック軸４８０の軸方向に沿った変位に変換するための機構である。具体的には、ラックピニオン機構４７０は、ステアリングシャフト４２０の他端に接続され、ステアリングシャフト４２０と一体的に回転するピニオンギアを備えている。ラック軸４８０には、ピニオンギアに噛み合うラック歯が形成されており、ピニオンギアの回転に伴い、ラック軸４８０が軸方向に変位する。ラック軸４８０が軸方向に変位すると、タイロッド４８２（４８２Ａ，４８２Ｂ）及びナックルバー４８４（４８４Ａ，４８４Ｂ）を介して車輪３００（３００Ａ，３００Ｂ）が転舵される。

トルクセンサ４３０は、ステアリングシャフト４２０に印加される操舵トルク、換言すれば、操舵部材４１０に印加される操舵トルクを検出し、検出結果を示すトルクセンサ信号をＥＣＵ６００に提供する。より具体的には、トルクセンサ４３０は、ステアリングシャフト４２０に内設されたトーションバーの捩れを検出し、検出結果をトルクセンサ信号として出力する。なお、トルクセンサ４３０として、ホールＩＣ，ＭＲ素子、磁歪式トルクセンサなどの周知のセンサを用いてもよい。

なお、ステアリングシャフト４２０のうち、操舵部材４１０から見てトーションバーよりも近い側のシャフトを第１のシャフトと呼び、操舵部材４１０から見てトーションバーよりも遠い側のシャフトを第２のシャフトと呼ぶことがある。また、ステアリングシャフト４２０には、第１のシャフト及び第２のシャフトに加え、第１のシャフトと第２のシャフトとを接続するジョイントが含まれる構成としてもよい。また、ピニオンギアよりも操舵部材４１０側に配置されているステアリングシャフト４２０及びトルク印加部４６０をまとめてコラム部と呼ぶことがある。コラム部には操舵部材４１０の一部を含めてもよい。

舵角センサ４４０は、操舵部材４１０の舵角を検出し、検出結果をＥＣＵ６００に提供する。

トルク印加部４６０は、ドライバが操舵部材４１０を保舵する通常運転時には、ＥＣＵ６００から供給されるステアリング制御量に応じたアシストトルク又は反力トルクを、ステアリングシャフト４２０に印加する。また、トルク印加部４６０は、ドライバが操舵部材４１０から手を放した状態で車両９００が走行する自動運転時には、ＥＣＵ６００から供給されるステアリング制御量に応じた操舵トルクをステアリングシャフト４２０に印加する。

トルク印加部４６０は、ステアリング制御量に応じたアシストトルク、反力トルク、又は操舵トルクを発生させる電動モータ（アシストモータ）と、当該アシストモータが発生させたトルクをステアリングシャフト４２０に伝達するトルク伝達機構とを備えている。また、トルク印加部４６０は、アシストモータの回転速を検出するモータ回転速センサと、アシストモータの回転角を検出するモータ回転角センサと、を備えている。

なお、本明細書における「制御量」の具体例として、電流値、デューティー比、減衰率、減衰比等が挙げられる。

なお、上述の説明において「トルク伝達可能に接続」とは、一方の部材の回転に伴い他方の部材の回転が生じるように接続されていることを指し、例えば、一方の部材と他方の部材とが一体的に成形されている場合、一方の部材に対して他方の部材が直接的又は間接的に固定されている場合、及び、一方の部材と他方の部材とが継手部材等を介して連動するよう接続されている場合を少なくとも含む。

また、上記の例では、操舵部材４１０からラック軸４８０までが常時機械的に接続されたステアリング装置を例に挙げたが、これは本実施形態を限定するものではなく、本実施形態に係るステアリング装置は、例えばステア・バイ・ワイヤ方式のステアリング装置であってもよい。ステア・バイ・ワイヤ方式のステアリング装置に対しても本明細書において以下に説明する事項を適用することができる。

また、図１では、トルク印加部をステアリングシャフト上に設ける所謂コラムアシスト式のステアリング装置を図示しているが、これは本実施形態を限定するものではない。トルク印加部をラック軸上に設ける所謂ラックアシスト式のステアリング装置としてもよい。

ＥＣＵ６００は、車両９００が備える各種の電子機器を統括制御する。より具体的には、ＥＣＵ６００は、トルク印加部４６０に供給するステアリング制御量を調整することにより、ステアリングシャフト４２０に印加するアシストトルク又は反力トルクの大きさを制御する。

また、ＥＣＵ６００は、懸架装置１００に含まれる油圧緩衝装置が備えるソレノイドバルブに対して、サスペンション制御量を供給することによって当該ソレノイドバルブの開閉を制御する。この制御を可能とするために、ＥＣＵ６００からソレノイドバルブへ駆動電力を供給する電力線が配されている。

また、車両９００は、車輪３００毎に設けられ各車輪３００の車輪速を検出する車輪速センサ３２０、車両９００の横方向の加速度を検出する横Ｇセンサ３３０、車両９００の前後方向の加速度を検出する前後Ｇセンサ３４０、車両９００のヨーレートを検出するヨーレートセンサ３５０、エンジン５００が発生させるトルクを検出するエンジントルクセンサ５１０、エンジン５００の回転数を検出するエンジン回転数センサ５２０、及びブレーキ装置が有するブレーキ液に印加される圧力を検出するブレーキ圧センサ５３０を備えている。また、車両９００は、自動運転において参照する車両９００周辺の画像を撮像するカメラ５５０を備えている。なお、車両９００は、カメラ５５０に限らず、自動運転において参照する車両９００周辺の状況を検出するレーダ等を備えていてもよい。これらの各種センサによる検出結果は、ＥＣＵ６００に供給される。

なお、図示は省略するが、車両９００は、ブレーキ時の車輪ロックを防ぐためのシステムであるＡＢＳ（Antilock Brake System）、加速時等における車輪の空転を抑制するＴＣＳ（Traction Control System）、及び、旋回時のヨーモーメント制御やブレーキアシスト機能等のための自動ブレーキ機能を備えた車両挙動安定化制御システムであるＶＳＡ（Vehicle Stability Assist）制御可能なブレーキ装置を備えている。

ここで、ＡＢＳ、ＴＣＳ、及びＶＳＡは、推定した車体速に応じて定まる車輪速と、車輪速センサ３２０によって検出された車輪速とを比較し、これら２つの車輪速の値が、所定の値以上相違している場合にスリップ状態であると判定する。ＡＢＳ、ＴＣＳ、及びＶＳＡは、このような処理を通じて、車両９００の走行状態に応じて最適なブレーキ制御やトラクション制御を行うことにより、車両９００の挙動の安定化を図るものである。

また、上述した各種のセンサによる検出結果のＥＣＵ６００への供給、及び、ＥＣＵ６００から各部への制御信号の伝達は、ＣＡＮ（Controller Area Network）３７０を介して行われる。

ＣＡＮ３７０を介してＥＣＵ６００へ供給される信号は、例えば、以下の信号を含んでいる（括弧書きは取得元を示す）。
・４輪の車輪速（車輪速センサ３２０Ａ〜Ｄ）
・ヨーレート（ヨーレートセンサ３５０）
・前後Ｇ（前後Ｇセンサ３４０）
・横Ｇ（横Ｇセンサ３３０）
・ブレーキ圧（ブレーキ圧センサ５３０）
・エンジントルク（エンジントルクセンサ５１０）
・エンジン回転数（エンジン回転数センサ５２０）
・舵角（舵角センサ４４０）
・操舵トルク（トルクセンサ４３０）
・車両９００周辺の画像（カメラ５５０）

（ＥＣＵ６００）
図２は、ＥＣＵ６００の概略構成を示す図である。

図２に示すように、ＥＣＵ６００は、ステアリング制御部６１０と、目標進行路決定部６５０とを備えている。また、ＥＣＵ６００は、後述する保舵判定装置６２０を備える構成としてもよい。

目標進行路決定部６５０は、ＣＡＮ３７０に含まれる各種のセンサ検出結果を参照し、目標進行路を決定する。目標進行路決定部６５０は、例えば、カメラ５５０によって撮像された車両９００周辺の画像、及び各種のセンサ検出結果に基づく車両９００周辺の路面状況を参照して、目標舵角を決定する。

目標進行路決定部６５０は、決定した目標舵角をステアリング制御部６１０に供給する。

ステアリング制御部６１０は、ＣＡＮ３７０に含まれる各種のセンサ検出結果と、目標進行路決定部６５０により決定された目標舵角とを参照し、トルク印加部４６０に供給するステアリング制御量の大きさを決定する。

なお、本明細書において「〜を参照して」との表現には、「〜を用いて」「〜を考慮して」「〜に依存して」などの意味が含まれ得る。

また、「制御量の大きさを決定する」との処理には、制御量の大きさをゼロに設定する、すなわち、制御量を供給しない場合も含まれる。

（ステアリング制御部と保舵判定装置）
続いて、図３を参照して、ステアリング制御部６１０、および保舵判定装置６２０について説明する。図３は、ステアリング制御部６１０、および保舵判定装置６２０の構成例を示すブロック図である。

図３に示すように、ステアリング制御部６１０は、基本制御量算出部６１１、位置制御目標値平滑化部６１２、ラック位置制御電流算出部６１３、運転モード切替部６１４、及び加算部６１５を備えている。

保舵判定装置６２０は、予測値算出部６２１と、保舵判定部６２２とを備えている。保舵判定装置６２０は、操舵部材４１０をドライバが保舵しているのか否かを判定する装置である。

基本制御量算出部６１１は、トルクセンサ４３０から供給される操舵トルク（実トルク）を参照し、アシストトルク、又は反力トルクの大きさを制御するための基本制御量を算出する。基本制御量算出部６１１によって算出された基本制御量は、加算部６１５に供給される。

位置制御目標値平滑化部６１２は、入力される目標舵角に対して、ローパスフィルタを作用させることにより、平滑化された目標舵角である平滑化後目標舵角を生成し、生成した平滑後目標舵角をラック位置制御電流算出部６１３に供給する。また、位置制御目標値平滑化部６１２は、予め設定された固定周波数帯のノイズを除去する構成を有していてもよいし、ＣＡＮ３７０に含まれる各種のセンサ検出結果に応じて可変の周波数帯のノイズを除去する構成を有していてもよい。

ラック位置制御電流算出部６１３は、入力される実舵角と、平滑化後目標舵角と、アシストモータのモータ回転速又はピニオンギアの回転速とを参照して、ラック変位と、ラック変位の方向とに対応するラック位置制御量を算出する。当該ラック位置制御量は一例として、電流値として算出される。ラック位置制御電流算出部６１３は、算出したラック位置制御量を運転モード切替部６１４に供給する。

運転モード切替部６１４は、保舵判定装置６２０から供給されるハンズオン判定フラグに応じて、ラック位置制御電流算出部６１３から供給されるラック位置制御量に対して補正を行うことにより、補正後のラック位置制御量を生成する。

一例として、ハンズオン判定フラグがハンズオンを示している場合、運転モード切替部６１４は、ラック位置制御電流算出部６１３が算出したラック位置制御量を減少させることにより、補正後のラック位置制御量を生成し、生成した補正後のラック位置制御量を加算部６１５に出力する。

一方で、ハンズオン判定フラグがハンズオフを示している場合、一例として、運転モード切替部６１４は、ラック位置制御電流算出部６１３が算出したラック位置制御量をそのまま加算部６１５に出力する。

加算部６１５は、運転モード切替部６１４から供給された補正制御量、基本制御量算出部６１１によって算出された基本制御量と、を加算し、加算後の制御量を、トルク印加部４６０に供給する。

一方で、保舵判定装置６２０が備える予測値算出部６２１は、操舵トルクと、車輪の転舵角に関連する状態量の実測値とを参照して、車輪の転舵角に関連する状態量の予測値を逐次的に算出する。ここで、予測値算出部６２１は、操舵トルクに代えて、又は操舵トルクに加えて、ピニオンギアの回転角、ピニオンギアの角速度、操舵角及び操舵角速度の少なくとも一つを参照して車輪の転舵角に関連する状態量の予測値を算出する構成としてもよい。また、車輪の転舵角を示す状態量としては、車輪を転舵するモータの回転角、又は車輪に接続されたラック軸の変位等が挙げられる。本実施形態に係る保舵判定装置６２０は、上述した車輪の転舵角に関連する状態量を参照することによって、操舵部材４１０をドライバが保舵しているのか否かを好適に判定することができる。

例えば、予測値算出部６２１は、時刻ｔ_ｎにおける操舵トルクと、時刻ｔ_ｎにおけるピニオンギアの回転角の実測値とを参照して、時刻ｔ_ｎ＋１におけるピニオンギアの回転角の予測値を逐次的に算出する。ここで、添え字ｎは、時刻を指定するためのインデックスであり、任意の値を取り得る。なお、上述したピニオンギアの回転角は、一例として、トルク印加部４６０が備えるモータ回転速センサが検出するアシストモータの回転角を参照して、保舵判定装置６２０にて算出することができる。

また、車両９００がラック軸４８０の変位を測定するストロークセンサを備える構成としてもよい。この場合、予測値算出部６２１が、ピニオンギアの回転角の実測値に代えて、時刻ｔ_ｎにおけるストロークセンサによる実測値を参照することによって、時刻ｔ_ｎ＋１におけるラック軸４８０の変位の予測値を逐次的に算出する構成であってもよい。

保舵判定部６２２は、予測値算出部６２１が算出した車輪の転舵角に関連する状態量の予測値と、この予測値に対応する実測値とを参照して、操舵部材をドライバが保舵しているのか否かを判定する。

例えば、保舵判定部６２２は、予測値算出部６２１が算出した時刻ｔ_ｎ＋１におけるピニオンギアの回転角の予測値と、当該予測値に対応する時刻ｔ_ｎ＋１におけるピニオンギアの回転角の実測値とを参照して、ドライバによる保舵の有無を判定する。また、保舵判定部６２２は、予測値算出部６２１が算出した時刻ｔ_ｎ＋１におけるラック軸変位の予測値と、当該予測値に対応する時刻ｔ_ｎ＋１におけるラック軸変位の実測値とを参照して、操舵部材をドライバが保舵しているのか否かを判定する構成としてもよい。

そして、保舵判定部６２２は、操舵部材４１０をドライバが保舵しているのか否かを判定した結果を示すハンズオン判定フラグを運転モード切替部６１４に供給する。一例として、保舵判定部６２２は、操舵部材４１０をドライバが保舵していると判定した場合には、ハンズオン判定フラグの値を１に設定したうえで出力し、操舵部材４１０をドライバが保舵していないと判定した場合には、ハンズオン判定フラグの値を０に設定したうえで出力する。

保舵判定部６２２は、より具体的には、予測値算出部６２１が算出した車輪の転舵角に関連する状態量の予測値と、この予測値に対応する実測値との差に応じて、操舵部材４１０をドライバが保舵しているのか否かを判定する構成とすることができる。

運転モード切替部６１４は、ハンズオン判定フラグが出力されると、運転モードを自動運転から通常運転に切り替えるとともに、運転モードに応じたラック位置制御電流を出力することで、ステアリング制御量を変更する。なお、運転モードを自動運転から通常運転に切り替える前に、ＥＣＵ６００は、スピーカから音を発生させたり、振動部により操舵部材を振動させたりする事により、運転手へモードの切り替えを報知する構成としてもよい。

このように、ＥＣＵ６００（ステアリング制御装置）は、ステアリング制御部６１０と、保舵判定装置６２０とを備え、保舵判定装置６２０による判定結果に応じてステアリング制御量を変更する。

図４は、保舵判定装置６２０が備える予測値算出部６２１の概略構成を示す図である。

予測値算出部６２１は、弾性成分算出部６２１１と、減衰成分算出部６２１２と、偏心起因成分算出部６２１３と、摩擦成分算出部６２１４と、加算部６２１５と、操舵角算出部６２１６と、微分演算部６２１７と、微分演算部６２１８とを備えている。

操舵角算出部６２１６は、操舵トルクとピニオンギアの回転角θ_ｐｉとを参照して、操舵角θ_ｓｗを算出する。一例として、操舵角算出部６２１６は、ピニオンギアの回転角から第２のシャフトの回転角を算出すると共に、操舵トルクにトーションバーの剛性係数の逆数を乗算することによってトーションバーの捩れ角を算出する。そして、操舵角算出部６２１６は、第２のシャフトの回転角と、トーションバーの捩れ角とを用いて操舵角θ_ｓｗを算出する。

なお、操舵角算出部６２１６は、舵角センサ４４０が検出した舵角を、操舵角θ_ｓｗとして出力する構成としてもよい。

微分演算部６２１７は、操舵角算出部６２１６が算出した操舵角θ_ｓｗに対して時間微分演算（時間差分演算）を行うことにより操舵角速度を算出する。操舵角速度を本明細書において、時間微分を示すドットを用いて、「ドット付のθ_ｓｗ」と表現することもある。

微分演算部６２１８は、ピニオンギアの回転角θ_ｐｉに対して時間微分演算（時間差分演算）を行うことによりモータ角速度を算出する。モータ角速度を本明細書において、時間微分を示すドットを用いて、「ドット付のθ_ｐｉ」と表現することもある。

弾性成分算出部６２１１は、操舵角θ_ｓｗとピニオンギアの回転角θ_ｐｉとの差にばね係数Ｋを乗算することによって車輪の転舵に伴う弾性成分を算出し、算出した弾性成分を加算部６２１５に供給する。

減衰成分算出部６２１２は、ドット付のθ_ｓｗと、ドット付のθ_ｐｉとの差に減衰係数Ｄを乗算することによって車輪の転舵に伴う減衰成分を算出し、算出した減衰成分を加算部６２１５に供給する。

偏心起因成分算出部６２１３は、操舵角θ_ｓｗの正弦に対して、定数ｄ_ｅｃｃと重力加速度ｇとを乗算したものを、操舵部材４１０のイナーシャ（慣性モーメント）Ｉ_ｓｗで除算することによって操舵部材４１０の偏心起因成分を算出する。そして、算出した偏心起因成分を加算部６２１５に供給する。ここで、定数ｄ_ｅｃｃは、操舵部材４１０の回転中心から操舵部材４１０の重心までの距離を示す定数である。

摩擦成分算出部６２１４は、ドット付のθ_ｓｗのタンジェントハイパボリックと、ドット付のθ_ｓｗとの線形結合を演算することによって車輪の転舵に伴う摩擦成分を算出し、算出した摩擦成分を加算部６２１５に供給する。上記の線形結合に用いられる摩擦係数を、ｐ_１、ｐ_２、ｐ_３と呼ぶことがある。

加算部６２１５は、取得した（１）車輪の転舵に伴う弾性成分、（２）車輪の転舵に伴う減衰成分、（３）操舵部材の偏心起因成分、及び（４）車輪の転舵に伴う摩擦成分のうち、少なくとも２つの成分を加算することによって車輪の転舵角に関連する状態量の予測値を算出する。なお、加算部６２１５による加算処理には、ある成分に負号を付けたうえで加算する処理、すなわち、減算処理も含まれ得る。ここで、（１）車輪の転舵に伴う弾性成分、（２）車輪の転舵に伴う減衰成分、及び（４）車輪の転舵に伴う摩擦成分等の車輪の転舵に伴う状態量としては、コラム部によって生じる状態量等が挙げられる。

以上の構成を有する予測値算出部６２１が演算する状態方程式を例示すれば以下の通りである。

上記式から分かるように、上記状態方程式には、弾性成分として

及び

が含まれており、減衰成分として

及び

が含まれており、偏心起因成分として、

が含まれており、摩擦成分として、

が含まれている。

本実施形態に係る保舵判定装置６２０は、上述した状態方程式を用いて車輪の転舵角に関連する状態量の予測値を算出することによって、操舵部材４１０をドライバが保舵しているのか否かを好適に判定することができる。

また、本実施形態に係る保舵判定装置６２０は、状態量の予測値を算出するにあたって、上述した弾性成分、減衰成分、及び摩擦成分を用いることによって、実機の基本的な特性を、簡易なモデルで表現することができる。

また、本実施形態に係る保舵判定装置６２０は、状態量の予測値を算出するにあたって、上述した偏心起因成分を用いることによって、ハンドル形状等で重心がセンターでないハンドルについても、高精度にハンズオン状態を検出することができる。

また、本実施形態に係る保舵判定装置６２０は、状態量の予測値を算出するにあたって、上述した摩擦係数ｐ_１、ｐ_２、ｐ_３を用いることによって、高精度にハンズオン状態を検出することができる。

ここで、既に説明したものも含め、上記状態方程式に現れる各表式をまとめると以下の通りである。
θ_ｓｗ：操舵角
ドット付のθ_ｓｗ：操舵角速度
θ_ｐｉ：ピニオンギアの回転角
ドット付のθ_ｐｉ：ピニオンギアの角速度
Ｋ：弾性係数
Ｄ：減衰係数
ｄ_ｅｃｃ：操舵部材の回転中心から操舵部材の重心までの距離を示す定数
ｇ：重力加速度
Ｉ_ｓｗ：操舵部材のイナーシャ（慣性モーメント）
ｕ：操舵トルク
ｐ_１、ｐ_２、ｐ_３：摩擦係数

また、上記表式のうち、定数以外の成分である以下の成分は、本明細書における予測値算出部６２１が演算の対象とする状態量の一例である。
θ_ｓｗ：操舵角
ドット付のθ_ｓｗ：操舵角速度
θ_ｐｉ：ピニオンギアの回転角
ドット付のθ_ｐｉ：ピニオンギアの角速度
ｕ：操舵トルク。

予測値算出部６２１が演算の対象とする各状態量は、ＣＡＮ３７０に含まれる各種のセンサ検出結果により取得される実測値に基づくものであってもよいし、時系列データに対する状態推定法であるカルマンフィルタを用いて導出される推定値であってもよい。カルマンフィルタを用いた推定値の算出方法については後述する。

〔保舵判定装置による処理の流れ〕
図５は、保舵判定装置６２０による処理の流れの一例を示すフローチャートである。

（ステップＳ１）
保舵判定装置６２０の予測値算出部６２１は、各状態量の実測値を取得する。一例として、予測値算出部６２１は、トルクセンサ４３０から供給される時刻ｔ_ｎにおける操舵トルク（実トルク）を取得する。また、予測値算出部６２１は、トルク印加部４６０が備えるモータ回転角センサから供給されるピニオンギアの時刻ｔ_ｎにおける回転角の実測値を取得する。

（ステップＳ２）
続いて、予測値算出部６２１は、ステップＳ１において取得した各状態量の実測値を参照して、各状態量の予測値を算出する。一例として、予測値算出部６２１は、時刻ｔ_ｎにおける操舵トルクと、時刻ｔ_ｎにおけるピニオンギアの回転角の実測値とを参照して、ドライバが手放し状態であると仮定した場合の時刻ｔ_ｎ＋１におけるピニオンギアの回転角の予測値を算出する。

（ステップＳ３）
続いて、保舵判定装置６２０の保舵判定部６２２は、予測値算出部６２１が算出した予測値と、当該予測値に対応する実測値とを参照して、操舵部材４１０をドライバが保舵しているのか否かを判定する。一例として、保舵判定部６２２は、モータ回転角センサから供給される時刻ｔ_ｎ＋１におけるピニオンギアの回転角の実測値を取得する。保舵判定部６２２は、時刻ｔ_ｎ＋１におけるピニオンギアの回転角の実測値と、ステップＳ２で算出した時刻ｔ_ｎ＋１におけるピニオンギアの回転角の予測値とを参照して、操舵部材４１０をドライバが保舵しているのか否かを判定する。

より具体的には、保舵判定部６２２は、時刻ｔ_ｎ＋１におけるピニオンギアの回転角の実測値と、ステップＳ２で算出した時刻ｔ_ｎ＋１におけるピニオンギアの回転角の予測値との差の絶対値が所定の閾値以上である場合に、操舵部材４１０をドライバが保舵していると判定する構成とすることができる。

保舵判定部６２２は、操舵部材４１０をドライバが保舵していると判定すると（ステップＳ３でＹＥＳ）、ステップＳ４に進む。保舵判定部６２２は、操舵部材４１０をドライバが保舵していないと判定すると（ステップＳ３でＮＯ）、ステップＳ５に進む。

（ステップＳ４）
保舵判定部６２２は、操舵部材４１０をドライバが保舵している保舵状態を示すフラグ（ハンズオンフラグ）を出力する。一例として、保舵判定部６２２は、１の値を有するハンズオン判定フラグを出力する。

（ステップＳ５）
保舵判定部６２２は、操舵部材４１０をドライバが保舵していない手放し状態を示すフラグ（ハンズオフフラグ）を出力する。一例として、保舵判定部６２２は、０の値を有するハンズオン判定フラグを出力する。

このように、保舵判定装置６２０は、ドライバが手放し状態であると仮定した場合のピニオンギアの回転角の予測値を算出し、ピニオンギアの回転角の予測値と、モータ回転角センサから供給されるピニオンギアの回転角の実測値と、を比較する。そして比較の結果に応じて、操舵部材４１０をドライバが保舵しているのか否かの判定を行う。

なお、上述した保舵判定装置６２０による処理の流れにおいて、予測値算出部６２１が、ピニオンギアの回転角の実測値及び予測値に代えて、車両９００が備えるストロークセンサからラック軸４８０の変位の実測値を取得する構成としてもよい。この場合、ラック軸４８０の変位の実測値及び予測値を用いて、操舵部材４１０をドライバが保舵しているのか否かの判定を行う。

また、予測値算出部６２１が、カルマンフィルタを用いて状態量の推定値を逐次的に算出する構成とし、ステップＳ３において保舵判定部６２２は、予測値算出部６２１が算出した予測値と、当該予測値の分散と、当該予測値に対応する実測値を用いた更新値とに応じて、操舵部材４１０をドライバが保舵しているのか否かを判定する構成としてもよい。

本実施形態に係る保舵判定装置６２０は、上述の予測値と、上述の予測値の分散と、上述の予測値に対応する実測値を用いた更新値とを参照することによって、操舵部材４１０をドライバが保舵しているのか否かを好適に判定することができる。

また、本実施形態に係る保舵判定装置６２０では、特別なセンサを追加することなく、高精度にハンズオン状態を検出することができる。

以下では、予測値算出部６２１が、カルマンフィルタを用いて状態量の推定値を逐次的に算出する構成についてより具体的に説明する。

〔カルマンフィルタによる推定値の算出処理の流れ〕
図６は、カルマンフィルタを用いた推定値の逐次的な算出処理の流れを示すフローチャートである。

（ステップＳ１１）
まず、予測値算出部６２１は、初期パラメータとして、時刻ｔ＝０における、状態量ｘ_ｔ（ｔ＝０）とＰ_ｔ（ｔ＝０）とを決定する。ここで、状態量ｘ_ｔ（ｔ＝０）としては、状態方程式に関連して例示した状態量の何れかの初期値を用いることができ、一例として、ピニオンギアの回転角の初期値を用いることができる。また、Ｐ_ｔは時刻ｔにおける解析誤差共分散行列を示す。以下では、Ｐ_ｔのことを単に共分散行列とも呼ぶ。

（ステップＳ１２）
続いて、予測値算出部６２１は、以下の式（２）、（３）に基づき、時刻ｔをｔ＋１にインクリメントしたうえで状態量の予測値ｘ_ｔと共分散行列Ｐ_ｔとを算出する。

ここで、Ｆ_ｔ−１（・）は状態量ｘ_ｔ−１の時間発展を与える線形又は非線形の作用素を示し、ｗ_ｔ−１は時間発展に伴う誤差項を示し、Ｑ_ｔはプロセスノイズによる誤差項を示す。また、上付きのＴは、転置行列をとることを示す。

（ステップＳ１３）
次に、予測値算出部６２１は、ＣＡＮ３７０を介して、時刻ｔにおける車両９００の走行状態の各状態量の実測値ｙ_ｔを取得する。ここで、状態量の実測値ｙ_ｔとしては、状態方程式に関連して例示した状態量の何れかの実測値を用いることができ、一例として、ピニオンギアの回転角の実測値を用いることができる。

（ステップＳ１４）
次に、予測値算出部６２１は、ステップＳ１２で算出した共分散行列Ｐ_ｔを用いることによって、以下の式（４）よりカルマンゲインＫ_ｔを算出する。

ここで、Ｒ_ｔは誤差分散を示す。また、Ｈ_ｔは観測行列を示し、全状態量から観測対象となる一部の状態量を取り出すための行列である。また、上付きの「−１」は、逆行列をとることを示す。

次に、予測値算出部６２１は、ステップＳ１２において算出した状態量の予測値ｘ_ｔ、ステップＳ１３において取得した各状態量の実測値ｙ_ｔ、および上記式（４）で算出したカルマンゲインＫ_ｔを用いて、以下の式（５）より、時刻ｔにおける状態量ｘ_ｔの更新値ｘ_ｔ ^ｅｓｔを算出する。

図７は、ある状態量に対して予測値算出部６２１が算出した時刻ｔ−１における予測値ｘ_ｔ−１と、予測値ｘ_ｔ−１を時間発展させて得られる予測値ｘ_ｔと、当該予測値ｘ_ｔに実測値ｙ_ｔを加味して得られるｘ_ｔ ^ｅｓｔとの関係を模式的に示すグラフである。

（ステップＳ１５）
次に、ステップＳ１５において、予測値算出部６２１は、計算を終了すべきか否かを判断し、終了させる場合には、本フローを終了させ、終了させない場合には、ステップＳ１２に戻り、更新値ｘ_ｔ ^ｅｓｔをｘ_ｔとして用いて計算を続ける。

このようにして、予測値算出部６２１は、各状態量の予測値及び分散（共分散）並びに当該予測値を参照した更新値を逐次的に算出する。そして、保舵判定部６２２は、予測値算出部６２１が算出した予測値と、当該予測値の分散と、当該予測値に対応する実測値を用いた更新値とに応じて、操舵部材４１０をドライバが保舵しているのか否かを判定する。

一例として、保舵判定部６２２は、予測値算出部６２１が算出した予測値ｘ_ｔと、当該予測値ｘ_ｔに対応する更新値ｘ_ｔ ^ｅｓｔであって、当該予測値ｘ_ｔに対応する実測値ｙ_ｔを用いた更新値ｘ_ｔ ^ｅｓｔとの間のマハラノビス距離を算出し、算出したマハラノビス距離が、所定の閾値以上である場合に、操舵部材４１０をドライバが保舵していると判定する。

ここで、ある状態量の予測値と更新値との間のマハラノビス距離Ｄ_ＭＡＨとは、当該ある状態量が１変数である場合、予測値と更新値との間のユークリッド距離Ｄ_ＥＵＣを分散の平方根（標準偏差）で除算して求めることができる。

本実施形態に係る保舵判定装置６２０は、状態量の予測値ｘ_ｔを算出するにあたって、上述のように非線形要素を組み込むことによって、より実機に近い特性を推定することができ、ハンズオン状態の検出精度を高めることができる。

図８は、ある状態量について、分散が相対的に大きい場合と小さい場合とを模式的に示すグラフである。グラフＡは、分散が相対的に小さい場合を示し、グラフＢは、分散が相対的に大きい場合を示している。予測値と更新値とのユークリッド距離Ｄ_ＥＵＣが同じ値であっても、分散が相対的に大きい場合には、分散が相対的に小さい場合に比べて、予測値と更新値との間のマハラノビス距離Ｄ_ＭＡＨは小さくなる。

より一般に状態量が多変数の場合、図９に示すように、状態量空間中における予測値（予測値ベクトル）と更新値（更新値ベクトル）と、共分散とを用いてマハラノビス距離を求めることができる。

このようにして、本実施形態に係る保舵判定部６２２は、予測値算出部６２１が算出した予測値の分散を加味したうえで、予測値と更新値との距離を判定することができるため、操舵部材４１０をドライバが保舵しているのか否かをより好適に判定することができる。

〔ソフトウェアによる実現例〕
ＥＣＵ６００の制御ブロック（ステアリング制御部６１０、保舵判定装置６２０）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、ＥＣＵ６００は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ（またはＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）または記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

４１０ 操舵部材
６００ ＥＣＵ（ステアリング制御装置）
６１０ ステアリング制御部
６２０ 保舵判定装置
６２１ 予測値算出部
６２２ 保舵判定部
９００ 車両

Claims (8)

1. 操舵部材をドライバが保舵しているのか否かを判定する保舵判定装置であって、
   操舵トルクと、車輪の転舵角に関連する状態量の実測値とを参照して、当該状態量の予測値を逐次的に算出する予測値算出部と、
   前記予測値算出部が算出した予測値と、当該予測値に対応する実測値とを参照して、前記操舵部材をドライバが保舵しているのか否かを判定する保舵判定部と
   を備えている保舵判定装置。
2. 前記車輪の転舵角を示す状態量は、前記車輪を転舵するモータの回転角である
   請求項１に記載の保舵判定装置。
3. 前記車輪の転舵角を示す状態量は、前記車輪に接続されたラック軸の変位である
   請求項１に記載の保舵判定装置。
4. 前記保舵判定部は、前記予測値算出部が算出した予測値と、当該予測値に対応する実測値との差に応じて、前記操舵部材をドライバが保舵しているのか否かを判定する
   請求項１から３の何れか１項に記載の保舵判定装置。
5. 前記保舵判定部は、前記予測値算出部が算出した予測値と、当該予測値の分散と、当該予測値に対応する実測値を用いた更新値とに応じて、前記操舵部材をドライバが保舵しているのか否かを判定する
   請求項１から３の何れか１項に記載の保舵判定装置。
6. 予測値算出部が用いる状態方程式には、
   前記車輪の転舵に伴う弾性成分、
   前記車輪の転舵に伴う減衰成分、
   前記操舵部材の偏心に起因した成分、及び、
   前記車輪の転舵に伴う摩擦成分
   の少なくとも何れかが含まれている
   請求項１から５の何れか１項に記載の保舵判定装置。
7. 請求項１から６の何れか１項に記載の保舵判定装置を備え、
   前記保舵判定装置による判定結果に応じてステアリング制御量を変更する
   ことを特徴とするステアリング制御装置。
8. 請求項７に記載のステアリング制御装置を備えていることを特徴とするステアリング装置。

Images