JP5141311B2

JP5141311B2 - 車両制御装置

Info

Publication number: JP5141311B2
Application number: JP2008063002A
Authority: JP
Inventors: 裕一小野田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2028-03-12
Also published as: JP2009214827A

Description

本発明は、車両制御装置に関し、特にステアバイワイヤ方式を採用した車両において運転者による操舵を補助する技術に関する。

近年、ステアバイワイヤ方式の車両が注目されている（例えば、特許文献１を参照）。この方式の車両では、運転者の操作するステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトと、車両の進行方向を定める転舵輪とが機械的に分離されている。ステアバイワイヤを採用することで、ステアリングの配置の自由度が高まるとともに、車両の運動状態や走行環境などに応じて転舵量を自動的に変化させることができ、より快適で安全な運転の実現が期待される。

ステアバイワイヤ方式においては、ステアリングホイールの操舵角と車輪の転舵角との比率（以下、「伝達比」という）を自由に設計することができる。したがって、小さな操舵量に対して大きく転舵するように設計することもでき、操舵量と転舵量の関係性（以下、この特性を「転舵特性」という）の自由度が高まっている。
特開２００４−２５９３２号公報

しかしながら、従来の転舵特性、すなわち操舵量と転舵量がほぼ等しい車両を日常的に使用して慣れ親しんだ者が、急にこれと異なる転舵特性を有する車両を運転しようとすると、その操舵角に対する転舵角の大きさにすぐに慣れることが難しい場合がある。そのような運転者にとっては、転舵特性に慣れるまでに運転に違和感を覚えるおそれもある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、運転者の慣れ度合いに合わせて操舵を補助できる車両制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両制御装置は、運転者の操作するステアリングホイールと、前記ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトと機械的に分離された状態で配置され、前記ステアリングホイールの操舵角と車輪の転舵角との比率に関しあらかじめ設定された転舵特性にしたがって車輪を転舵させる転舵機構と、前記ステアリングホイールの操作量を検出する操作量センサと、前記操作量の検出値に対して所定のフィルタ処理を用いて前記検出値と理想値との差分を求め、その差分の小ささによって前記設定された転舵特性への慣れ度合いを判定する判定処理部と、を備える。

例えば、操舵角に対して転舵角が比較的大きくなるように設定される、いわゆる小舵角ステアリングの車両においては、そのような転舵特性に不慣れな者が運転すると、必要以上に大きくステアリングを操作してしまうおそれがある。そのような不慣れなステアリング操作の場合、操作量が多い分だけ操舵角を戻す修正動作も必要になり、比較的急速な操作が多くなりやすい。逆に、理想的なステアリング操作は修正も少なく比較的滑らかな操作になるともいえる。本態様によれば、運転者が急速なステアリング操作をしたかどうかを所定のフィルタ処理によって求め、そのような急速なステアリング操作が少ないほど慣れ度合いが高いと推定することができる。これにより、特別な転舵特性が設定された車両であっても、その特性に不慣れな運転者に対して適切な対策を講ずることができ、運転の快適性や安全性をより高くすることができる。なお、判定処理部の判定結果は、転舵機構へのフィードバック制御に参照されてもよいし、運転者へ通知することで何らかの対策を運転者に促してもよい。ここでいう操作量は、操舵角や操舵トルクであってもよいし、操舵角の時間微分値である操舵角速度であってもよい。

前記判定処理部は、前記操作量の検出値に対し所定の遮断周波数によるハイパスフィルタ処理を加えた値を前記検出値と理想値との差分とみなして、その小ささによって前記慣れ度合いを判定してもよい。ここで、当該車両の転舵特性に不慣れな者の運転では、操舵角の修正のために小刻みなステアリング操作が多くなりやすいと考えられる。そのため、操作量の検出値から高周波成分を抽出し、抽出した成分を検出値と理想値との差分と仮定する。そのようにして求まる値が小さいほどその転舵特性に慣れていると推定でき、値が大きいほど転舵特性に不慣れであると推定できる。この態様によれば、位相補正が不要である分、より簡易な処理によって運転者の慣れ度合いを判定することができる。また、位相補正が不要である分、より多くの操舵パターンに対応できる汎用性をもたせることができる。

前記判定された慣れ度合いに基づき、前記検出値と理想値との差分が減少する方向へ向かうように前記転舵特性を設定する転舵特性設定部をさらに備えてもよい。この態様によれば、判定処理部によって運転者の慣れ度合いが低いと判定した場合に、自動的に転舵特性を変更することができる。これにより、特別な転舵特性が設定された車両であっても、その特性に不慣れな運転者にも適切な転舵特性による運転環境を提供することができ、運転の快適性や安全性をより高くすることができる。

前記転舵特性設定部は、前記操舵角に対して前記転舵角が大きい転舵特性を原則として設定し、前記検出値と理想値との差分が所定の許容値より大きい場合に、前記転舵角が相対的に小さくなる転舵特性を設定してもよい。小舵角ステアなどの特別な転舵特性が設定されることをあくまでも原則としつつ、その転舵特性に不慣れな運転者である場合に限って特性を変更する。したがって、転舵特性が従来式に変更されてしまったまま新しい方式に戻りにくくなるといった特性の固定化を防止できる。

所定の検出手段により走行路面上の異常を検出する異常検出部をさらに備えてもよい。前記判定処理部は、前記異常の検出状態に応じて前記慣れ度合いの判定を規制してもよい。ここでいう走行路面上の異常は、運転者がその異常を回避するために急操作を要する状況を招くことが考えられるものである。例えば異物が路面に落ちているような状況でもよいし、路面に通常見られない凹凸が形成されているような状況でもよい。

本発明によれば、運転者の慣れ度合いに合わせて操舵を補助する装置を提供することができる。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る車両１０の基本的な構成を示す。本図は、四輪の車両のうち前輪部分の模式図である。転舵輪である右前輪ＦＲおよび左前輪ＦＬを操舵することによって車両の進行方向が定まる。

車両１０は、運転者により操舵されるステアリングホイール１２と、ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフト１４と、ステアリングシャフト１４の下端に設けられたギヤボックス４４と、出力軸がギヤボックス４４に接続された操舵反力用モータ４６とを備える。操舵反力用モータ４６によって生成された回転力は、ギヤボックス４４を介してステアリングシャフト１４に伝達され、ステアリングホイール１２に対して操舵反力を与える。この操舵反力は、路面と転舵輪との間の摩擦力やセルフアライニングトルクなどを運転者に感覚的に伝達するために与えられる。

ステアリングシャフト１４には、ステアリングシャフト１４に生じているトルクを検出する操舵トルクセンサ１６と、ステアリングホイール１２の操舵角を検出する操舵角センサ１８とが操作量センサとして設置される。操舵トルクセンサ１６および操舵角センサ１８を含む操作量センサの出力は、ステアリング制御ユニット１００に送信される。

右前輪ＦＲおよび左前輪ＦＬは転舵機構２０により転舵される。転舵機構２０は、ステアリングシャフト１４と機械的に分離された状態で配置され、ステアリングホイール１２の操舵角と車輪の転舵角との伝達比に関しあらかじめ設定された転舵特性にしたがって車輪を転舵させる。転舵機構２０は、車両の左右方向（車幅方向）に延設され軸長方向に摺動するラックバー２２を含む。ラックバー２２には、転舵用モータ２４とボールねじ機構（図示せず）が組み合わされている。転舵用モータ２４の回転は、ボールねじ機構によりラックバー２２の左右方向への直線運動に変換される。ラックバー２２の両端には、それぞれタイロッド２６Ｒ、２６Ｌの一端が接続される。タイロッド２６Ｒ、２６Ｌの他端は、右前輪ＦＲ、左前輪ＦＬを支持するナックルアーム３０Ｒ、３０Ｌに連結されている。ナックルアーム３０Ｒ、３０Ｌは、それぞれキングピン３２Ｒ、３２Ｌを支点として回転する。ラックバー２２が直線運動をすると、右前輪ＦＲおよび左前輪ＦＬが転舵される。

左前輪ＦＬの近傍には、車輪の回転数を検出して車速を出力する車速センサ３６が取り付けられる。また、ラックバー２２の中立位置を基準とした左右方向の変位量を検出し、その変位量に基づく左右輪の転舵角を出力する転舵角センサ３４も設置される。車速および転舵角は、ステアリング制御ユニット１００に送信される。

ステアリング制御ユニット１００は、操舵トルクセンサ１６、操舵角センサ１８、転舵角センサ３４、車速センサ３６の出力値を受け取る。そして、これらの値に基づき操舵反力指令値および転舵角指令値を算出し、これらに応じた制御信号を操舵反力用モータ４６および転舵用モータ２４に出力する。

図１に示すようなステアバイワイヤ方式の車両では、ステアリングホイールの操舵角と車輪の転舵角との伝達比を自由に設計することができる。例えば、車輪を中立位置から最大転舵角まで到達させるために必要なホイールの操舵角を半周程度に収めるように設計することも考えられている。こうすると、例えば車両の右左折中に、ステアリングホイールを回転させるために左右の腕を入れ替える必要がなくなるので、運転者のホイール取り回しの労力を低減することができる。このようなステアリングホイールの操舵角と車輪の転舵角の対応を、本明細書では「小舵角ステア」と呼ぶ。

小舵角ステアの車両では上述のような利点がある一方、旋回に対して必要とされるステアリングホイールの操舵角が小さいために、運転者がそのような特性に不慣れな場合に必要以上に操舵してしまう可能性がある。必要以上に操舵してしまうと操舵角を戻す修正動作も必要となり、また修正動作が小刻みになされる結果、スムーズな操作が困難となるおそれがある。

そこで本実施の形態においては、運転者がその車両の転舵特性に慣れているかを判定し、その判定結果によっては転舵特性を変更して運転の快適性や安全性をより高めることとする。

図２は、運転者によるステアリングホイール操作量の変化を示す。本図のグラフにおいて、実線は転舵特性に不慣れな運転者による操作量の変化を示し、破線は転舵特性に慣れた運転者による理想的な操作量の変化を示す。横軸が時間で、縦軸が操作量を示す。ここでいう操作量は、例えばステアリングホイールの操舵角、操舵角速度、トルク等の入力量である。破線で示す理想的な波形は高周波成分の少ない滑らかな波形であるのに対し、実線で示す不慣れな運転操作の波形は高周波成分の多い小刻みな波形であることが現れている。したがって、実際の操作量から高周波成分を除くことによって、理想的な操作の波形が得られるものと仮定することができる。

図３は、運転者によるステアリングホイール操作量と理想値との差分の変化を示す。すなわち、図２において実線で示される操作量と破線で示されるような理想値との差分の変化が本図のグラフに表される。横軸は時間ｔを示し、縦軸は差分δを示す。本実施の態様では、差分δが一定数ａ〜−ａの範囲を超えるときに、そのときの転舵特性に対して運転者が不慣れであると判定することとする。

図４は、図１に示したステアリング制御ユニット１００のうち本実施形態に関与する部分の構成を示すブロック図である。ここに示す各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や電子回路、電気回路で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックとして描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

転舵制御部１０４は、ステアリングホイール１２の操舵角に応じて転舵用モータ２４の駆動制御を実行する。操舵反力制御部１０６は、ステアリングホイール１２の操舵角に応じて操舵反力用モータ４６の駆動制御を実行する。特性制御部１０２は、ステアリングホイール１２の操舵角や車速等の情報に基づいて、運転者による操作の慣れ度合いを判定して適切な転舵特性を目標ヨーレート設定部１２０に設定する。

まず、転舵制御部１０４の各ブロックについて説明する。目標ヨーレート設定部１２０は、操舵角センサ１８から操舵角Ｍａを、車速センサ３６から車速Ｖを受け取り、予め設定されているロジックにしたがって、車両の旋回を安定させるために車体に発生すべき目標ヨーレートＹ_ｔを設定する。目標ヨーレートＹ_ｔは、予め準備された転舵特性として、操舵角Ｍａに対して目標ヨーレートが定まる三次元マップを参照して求めてもよいし、または所定の計算式に操舵角Ｍａを代入することによって求めてもよい。

逆モデル解析部１２２は車両の運動モデルを保持する。この運動モデルは、例えば左右輪の転舵角および車速を入力、ヨーレートを出力とし、それ以外の条件が一定であるという仮定のもとで車両を線形二輪モデルとみなした水平面内の運動方程式として表すことができる。逆モデル解析部１２２は、この車両モデルの逆モデルに対して車速Ｖと目標ヨーレートＹ_ｔとを代入し、目標ヨーレートＹ_ｔを実現するための目標転舵角θ_ｔを算出する。このような車両モデルを使用してヨーレートを求める方法は周知であるから、本明細書では詳細な記載を省略する。

逆モデルを使用せず、単に目標ヨーレートＹ_ｔに対応する目標転舵角θ_ｔが定められている二次元マップを参照して目標転舵角を求めるようにしてもよい。この場合、車速Ｖに応じて目標転舵角を補正するための補正係数を乗じるようにしてもよい。

転舵角演算指令部１２４は、目標転舵角θ_ｔを逆モデル解析部１２２から受け取るとともに、転舵角センサ３４から実転舵角θ_ｒを受け取る。そして、目標転舵角θ_ｔと実転舵角θ_ｒとの差分に基づき、周知のＰＩＤ制御演算によって転舵角指令値を求める。さらに、転舵角指令値に対応する制御信号をモータ駆動回路１２６に供給する。

モータ駆動回路１２６は、転舵角演算指令部１２４からの制御信号に応じて転舵用モータ２４を駆動する。転舵用モータ２４はボールねじ機構を介してラックバー２２を左右方向に移動させ、これに伴い左前輪ＦＬおよび右前輪ＦＲが転舵される。

次に、操舵反力制御部１０６の各ブロックについて説明する。

目標操舵反力演算部１２８は、操舵角センサ１８から操舵角Ｍａを受け取り、これに応じて目標操舵反力Ｍ_ｔを設定する。目標操舵反力Ｍ_ｔは、予め準備された、操舵角Ｍａに対して目標操舵反力が定まる二次元マップを参照して求めてもよいし、または所定の計算式に操舵角Ｍａを代入することによって求めてもよい。なお、目標操舵反力Ｍ_ｔは、ステアバイワイヤでない通常の車両において、車輪と路面との摩擦力やセルフアライニングトルク等に起因し、車輪からステアリングホイールを介して運転者に伝わる力を再現するように設定される。

操舵反力演算指令部１３２は、目標操舵反力Ｍ_ｔを受け取るとともに、操舵トルクセンサ１６で検出された実トルクＭ_ｔｒを受け取る。そして、最終操舵反力Ｍ_ｔと実トルクＭ_ｔｒの差分に基づき、周知のＰＩＤ制御演算によって反力トルク指令値を求める。さらに、反力トルク指令値に対応する制御信号をモータ駆動回路１３４に供給する。

モータ駆動回路１３４は、操舵反力演算指令部１３２からの制御信号に応じて操舵反力用モータ４６を駆動し、ステアリングホイールの操舵反力が生じる。

なお、本実施形態のようなステアバイワイヤ方式の車両における転舵角制御および操舵反力制御の基本的な制御方法は周知であるから、本明細書では特徴的部分以外についての詳細な記載を省略する。

次に、特性制御部１０２の各ブロックについて説明する。判定処理部１１４は、操作量センサの検出値に対して所定のフィルタ処理を用いて検出値と理想値との差分を求める。判定処理部１１４は、求めた差分の小ささによって、現在設定されている転舵特性への運転者の慣れ度合いを判定する。転舵特性設定部１１６は、判定された慣れ度合いに基づき、検出値と理想値との差分が減少する方向へ向かうように転舵特性を目標ヨーレート設定部１２０に設定する。目標ヨーレート設定部１２０は、設定された転舵特性に応じた３次元マップまたは計算式を用いて目標ヨーレートＹ_ｔを決定する。これにより、操舵角に対する転舵角の伝達比が変化する。

転舵特性設定部１１６は、操舵角に対して転舵角が比較的大きくなる、いわゆる小舵角ステアの転舵特性を初期的には目標ヨーレート設定部１２０へ設定することを原則とする。その上で、ステアリングホイール操作量の検出値と理想値との差分が所定の許容値より大きく、転舵特性に運転者が不慣れであると判定した場合に、転舵角が相対的に小さくなるような、小舵角ステアでない従来式の転舵特性を目標ヨーレート設定部１２０へ一時的に設定する。エンジンを終了させるとその一時的な設定も破棄され、次回の始動時には再び小舵角ステアの転舵特性が設定される。

異常検出部１１２は、所定の検出手段により走行路面上の異常を検出する。本実施の態様における異常検出部１１２は、外部モニタ４０から得られる車両周囲の画像から画像認識処理によって通常の路面にはないような障害物や凹凸などの異物を検出する。車両周囲の画像は、進行方向前方の画像であってもよいし、車両側方や後方の画像であってもよい。

異常検出部１１２によって走行路面上に異常が検出された場合に、判定処理部１１４は慣れ度合いの判定を規制する。例えば、異常が検出された場合に、判定処理部１１４は慣れ度合いの判定そのものを回避してもよいし、慣れ度合いを示す値や判定基準値を変化させてもよい。このように路面に異常があった場合は緊急回避する必要性からステアリング操作が一時的に急増するおそれがある。本実施の態様においては、このような緊急回避の操作を慣れ度合い判定の解析対象から除外することにより、慣れ度合い判定の精度を高めることができるとともに、そのような状況に起因する転舵特性の無用な変更を抑制して転舵特性を一定状態に極力維持することができる。

なお、変形例として、異常検出部１１２は外部モニタ４０に代えて超音波やレーダーなどの検出手段によって走行路面上の異常を検出してもよい。

次に、慣れ度合い判定の例を詳細に説明する。以下の例では、ステアリングホイールの操作量として操舵角に基づいて理想値との差分を求めることにより、運転者の慣れ度合いを判定する。設定されている転舵特性に慣れた運転者による理想的な操作は、図２で説明したように高周波成分の少ない滑らかな波形になると考えられる。そこで本実施の形態における判定処理部１１４は、ステアリングホイール操作量の検出値に対し、所定の遮断周波数によるローパスフィルタ処理を加える。また、フィルタ特性に応じた位相の遅れを補償するために、その値に対してさらに所定の補正量による位相補正処理を加えた値をステアリングホイール操作量の理想値とみなす。通常の運転に必要とされるステアリング操作量の変化はおおよそ１Ｈｚ以内の周波数成分と考えられるため、遮断周波数としても約１Ｈｚといった値が用いられる。１次ローパスフィルタの一般式は次式の通りである。
Ｘ（ｎ）＝Ｘ（ｎ−１）＋２πｆＴ（Ｍａ（ｎ）−Ｘ（ｎ））・・・（１）
ここで、Ｘは理想値を算出するための中間変数であり、Ｘ（ｎ）はｎ回目のＸの値を示す。Ｍａはステアリングホイールの操舵角であり、Ｍａ（ｎ）はｎ回目の操舵角の値を示す。ｆはフィルタ定数であり、Ｔはサンプリング周期であり、Ｘ（ｔ）は時刻ｔにおけるＸの値を示す。

図５は、遮断周波数と車速の関係を示す。本図のグラフに示される通り、車速が増すにつれて必要なステアリングホイールの操舵角や操舵角速度は減少するため、遮断周波数も下げる必要があることがわかる。本図のような関係性を満たすように、フィルタ定数ｆが定められる。なお、本図では遮断周波数と車速の関係を示したが、遮断周波数と旋回の度合いとの関係性もほぼ同様の傾向となる。すなわち、旋回の度合いが増すにつれて必要なステアリングホイールの操舵角や操舵角速度は減少するため、遮断周波数も下げる必要がある。したがって、変形例として旋回の度合いを操舵角や操舵角速度などの検出値から求め、旋回の度合いに応じてフィルタ定数ｆを定めてもよい。あるいは、遮断周波数、車速、旋回度合いの関係性を定めた３次元マップを参照してフィルタ定数ｆを求めてもよい。

なお、旋回の度合いは、例えば操舵角センサ１８から受け取る操舵角や、図示しないヨーレートセンサおよび横加速度センサから受け取るヨーレートおよび横加速度などの値に基づいて測定してもよい。あるいは、外部モニタ４０から受け取る進行方向の画像から画像認識処理によって旋回の度合いを判定してもよい。

位相補正量をｔ１とすると、理想値Ｍａｔを求める式は次式の通りである。
Ｍａｔ（ｎ）＝Ｘ（ｔ＋ｔ１）・・・（２）
式（２）に基づいて、判定処理部１１４は操舵角の理想値Ｍａｔを求める。
図６は、操舵角速度と位相補正量の関係を示す。本図のグラフに示される通り、ステアリングホイールの操舵角速度が増すにつれて、必要な位相補正量ｔ１も増加させる。操舵角速度は、操舵角センサ１８から得られる操舵角の時間微分値である。本図のグラフに示される関係性に基づいて位相補正量ｔ１が定められる。なお、フィルタ処理の結果として補償すべき位相遅れは、実際にはフィルタの周波数特性によって異なる。そのため、状況ごとの必要なステアリング操作量の平均的な周波数帯に合わせて位相補正量が定められてもよい。例えば、数１０ミリ秒〜数１００ミリ秒といった補正量が考えられる。

判定処理部１１４は、操舵角Ｍａと理想値Ｍａｔの差分δを求める。このとき、位相補正における誤差をある程度許容するために、操舵角Ｍａと理想値Ｍａｔの差分の絶対値が定数Ｋ１を超えるか否かを判定する。定数Ｋ１を超えた場合は、定数Ｋ１を差し引いた値を差分δ２として次式の通り求める。
δ２＝｜Ｍａｔ−Ｍａ｜−Ｋ１・・・（３）
ただし、定数Ｋ１以下であった場合は、差分δ２はゼロとする。その上で、総和Ｉを次式の通り求める。
Ｉ＝∫δ２ｄｔ・・・（４）
このように積分によって総和Ｉを定めるが、変形例としては、サンプリング時ごとのδ２を抽出してその二乗和によって総和Ｉを定めてもよい。

判定処理部１１４は、差分δの総和Ｉに基づいて慣れ度合いを判定するために、操作角Ｍａの総和をＭａＩとし、ＭａＩに対する総和Ｉの割合から慣れ度合いＵを次式の通り求める。
ＭａＩ＝∫｜Ｍａ｜ｄｔ・・・（５）
Ｕ＝Ｉ／ＭａＩ・・・（６）
このように、操作角Ｍａの総和に対する割合を求めて判定するのは、同じ差分の総量でも、全体の操作量が大きく異なれば差分の総量に対する評価も大きく異なるからである。この慣れ度合いＵの値が大きいほど慣れ度合いが低いことを示し、慣れ度合いＵがゼロに近いほど慣れ度合いが高いことを示す。

図７は、第１の実施の形態における慣れ度合いの判定過程を示すフローチャートである。まず、操舵角センサ１８がステアリング操作量として操作角Ｍａを検出し（Ｓ１０）、車速センサ３６が車速を検出する（Ｓ１２）。判定処理部１１４が操作角Ｍａにローパスフィルタ処理を施し（Ｓ１４）、さらに位相補正処理を行い（Ｓ１６）、操作角Ｍａと理想値との差分δを算出し（Ｓ１８）、差分δの総和Ｉを算出する（Ｓ２０）。

ここで、累積の操作時間または累積の操作量が一定量に達していない場合、例えば車両の始動から間もないタイミングの場合（Ｓ２２のＮ）、以降の処理をスキップする。累積の操作時間または累積の操作量がすでに一定量以上になっている場合は（Ｓ２２のＹ）、以降の処理を実行する。

ステアリングホイールの操作量が所定値を超えたとき（Ｓ２４のＹ）、走行路面上に異常がないかを判定する（Ｓ２６）。走行路面上に異常がなければ（Ｓ２６のＮ）、慣れ度合いＵを判定するが（Ｓ２８）、異常があれば（Ｓ２６のＹ）、Ｓ２４における検出値は異常回避のための操作とみなして以降の慣れ度合い判定の処理をスキップする。Ｓ２４において操作量の検出値が所定値を超えていなければ（Ｓ２４のＮ）、Ｓ２６における異常判定の処理をスキップする。

Ｓ２８における慣れ度合いの判定後、慣れ度合いＵが所定値を超えている場合（Ｓ３０のＹ）、現在設定されている転舵特性に対してその運転手は不慣れであるとみなして転舵特性を変更する（Ｓ３２）。慣れ度合いＵが所定値を超えていなければ（Ｓ３０のＮ）、Ｓ３２の処理をスキップする。

（第２の実施の形態）
本実施の形態における慣れ度合い判定の例を詳細に説明する。第１の実施の形態においてローパスフィルタ処理を用いたのに対し、本実施の形態ではハイパスフィルタ処理を用いる。ハイパスフィルタ処理によって抽出される値は比較的高周波の成分であり、その成分自体が操作量の検出値と理想値の差分であるとみなす手法である。その方法で抽出される差分の総量の総操作量に対する割合を求めて慣れ度合いＵを算出し、慣れ度合いを判定する過程は第１の実施の形態と同様である。ここでもまた、ステアリングホイールの操作量として操舵角に基づく。

設定されている転舵特性に不慣れな運転者による操作は、高周波成分が多く、比較的小刻みな波形になると考えられる。そこで本実施の形態における判定処理部１１４は、ステアリングホイール操作量の検出値に対し、所定の遮断周波数によるハイパスフィルタ処理を加える。処理としては理想値の抽出や理想値との比較を実行せずに差分を求める手法であり、位相補正処理が不要である分、簡便な手法ということができる。通常の運転に必要とされるステアリング操作量の変化はおおよそ１Ｈｚ以内の周波数成分と考えられるため、遮断周波数としても約１Ｈｚといった値が用いられる。ハイパスフィルタの一般式は次式の通りである。
ｓ／（ｓ＋ｆ）・・・（７）
例えば、双一次変換を用いて離散化する場合、次式で表される。
ｓ＝２／Ｔ＊（ｚ−１）／（ｚ＋１）・・・（８）
実際の操舵角の検出値にハイパスフィルタ処理を施すことによって理想値との差分δを求める式は次式で示される。
δ(ｎ)＝｛２(Ｍａ(ｎ)−Ｍａ(ｎ−１))＋δ(ｎ−１)(２＋ｆＴ)｝／(２−ｆＴ) ・・・（９）

車速や旋回の度合いが増すにつれて遮断周波数を下げる必要があることは第１の実施の形態における図５に示す通りであり、そのような関係性を満たすように、フィルタ定数ｆが定められる。

ここで、ハイパスフィルタ処理およびその遮断周波数の設定は、あくまでも理想値との差分を抽出するための仮定に基づくため、実際には不正確さも含んでいる。したがって、そうした不正確さに起因する誤差をある程度許容するために、差分δの絶対値が定数Ｋ１を超えるか否かを判定する。定数Ｋ１を超えた場合は、定数Ｋ１を差し引いた値を差分δ２として次式の通り求める。
δ２＝｜Ｍａｔ−Ｍａ｜−Ｋ１・・・（１０）
ただし、定数Ｋ１以下であった場合は、差分δ２はゼロとする。その上で、総和Ｉを次式の通り求める。
Ｉ＝∫δ２ｄｔ・・・（１１）
このように積分によって総和Ｉを定めるが、変形例としては、サンプリング時ごとのδ２を抽出してその二乗和によって総和Ｉを定めてもよい。

判定処理部１１４は、差分δの総和Ｉに基づいて慣れ度合いを判定するために、操作角Ｍａの総和をＭａＩとし、ＭａＩに対する総和Ｉの割合から慣れ度合いＵを次式の通り求める。
ＭａＩ＝∫｜Ｍａ｜ｄｔ・・・（１２）
Ｕ＝Ｉ／ＭａＩ・・・（１３）
この慣れ度合いＵの値が大きいほど慣れ度合いが低いことを示し、慣れ度合いＵがゼロに近いほど慣れ度合いが高いことを示す。

図８は、第２の実施の形態における慣れ度合いの判定過程を示すフローチャートである。まず、操舵角センサ１８がステアリング操作量として操作角Ｍａを検出し（Ｓ５０）、車速センサ３６が車速を検出する（Ｓ５２）。判定処理部１１４が操作角Ｍａにハイパスフィルタ処理を施し（Ｓ５４）、操作角Ｍａと理想値との差分δの総和Ｉを算出する（Ｓ５６）。

ここで、累積の操作時間または累積の操作量が一定量に達していない場合、例えば車両の始動から間もないタイミングの場合（Ｓ５８のＮ）、以降の処理をスキップする。累積の操作時間または累積の操作量が一定量以上になっている場合は（Ｓ５８のＹ）、以降の処理を実行する。

ステアリングホイールの操作量が所定値を超えたとき（Ｓ６０のＹ）、走行路面上に異常がないかを判定する（Ｓ６２）。走行路面上に異常がなければ（Ｓ６２のＮ）、慣れ度合いＵを判定するが（Ｓ６４）、異常があれば（Ｓ６２のＹ）、Ｓ６０における検出値は異常回避のための操作とみなして以降の慣れ度合い判定の処理をスキップする。Ｓ６０において操作量の検出値が所定値を超えていなければ（Ｓ６０のＮ）、Ｓ６２における異常判定の処理をスキップする。

Ｓ６４における慣れ度合いの判定後、慣れ度合いＵが所定値を超えている場合（Ｓ６６のＹ）、現在設定されている転舵特性に対してその運転手は不慣れであるとみなして転舵特性を変更する（Ｓ６８）。慣れ度合いＵが所定値を超えていなければ（Ｓ６６のＮ）、Ｓ６８の処理をスキップする。

以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態はあくまで例示であり、実施の形態どうしの任意の組合せ、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスの任意の組合せなどの変形例もまた、本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、変形例を例示する。

上記の各実施の形態においては、ステアリングホイール操作量として操舵角に基づいて運転者の慣れ度合いを判定する構成を説明した。変形例においては、操舵角以外の操作量、例えば操舵角速度や操舵トルクに基づいて慣れ度合いを判定してもよい。これらのパラメータに基づく慣れ度合いの判定であっても、運転者の慣れ度合いに応じた傾向の相違を検出でき、有効な判定結果を得ることができる。

上記の各実施の形態においては、原則として小舵角ステアとなる転舵特性を設定しておき、その特性に対する運転者の慣れ度合いが低いと判定したときに従来式の転舵特性へ設定し直す例を説明した。変形例においては、運転者の慣れ度合いを監視しながら適宜、小舵角ステアとなる転舵特性を試行的に設定する構成としてもよい。

このように、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能である。各図に示す構成は、一例を説明するためのもので、同様な機能を達成できる構成であれば、適宜変更可能である。

本発明の一実施形態に係る車両の基本的な構成を示す図である。運転者によるステアリングホイール操作量の変化を示す図である。運転者によるステアリングホイール操作量と理想値との差分の変化を示す図である。図１に示したステアリング制御ユニットのうち本実施形態に関与する部分の構成を示すブロック図である。遮断周波数と車速の関係を示す図である。操舵角速度と位相補正量の関係を示す図である。第１の実施の形態における慣れ度合いの判定過程を示すフローチャートである。第２の実施の形態における慣れ度合いの判定過程を示すフローチャートである。

符号の説明

１０車両、１２ステアリングホイール、１４ステアリングシャフト、１６操舵トルクセンサ、１８操舵角センサ、２０転舵機構、２４転舵用モータ、３４転舵角センサ、３６車速センサ、４０外部モニタ、４４ギヤボックス、４６操舵反力用モータ、１００ステアリング制御ユニット、１０２特性制御部、１０４転舵制御部、１０６操舵反力制御部、１１２異常検出部、１１４判定処理部、１１６転舵特性設定部。

Claims

運転者の操作するステアリングホイールと、
前記ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトと、
前記ステアリングシャフトと機械的に分離された状態で配置され、前記ステアリングホイールの操舵角と車輪の転舵角との比率に関しあらかじめ設定された転舵特性にしたがって車輪を転舵させる転舵機構と、
前記ステアリングホイールの操作量を検出する操作量センサと、
前記操作量の検出値に対して所定のフィルタ処理を用いて前記検出値と理想値との差分を求め、その差分の小ささによって前記設定された転舵特性への慣れ度合いを判定する判定処理部と、
を備え、
前記判定処理部は、前記操作量の検出値に対し所定の遮断周波数によるハイパスフィルタ処理を加えた値を前記検出値と理想値との差分とみなして、その小ささによって前記慣れ度合いを判定することを特徴とする車両制御装置。
前記判定された慣れ度合いに基づき、前記検出値と理想値との差分が減少する方向へ向かうように前記転舵特性を設定する転舵特性設定部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。
前記転舵特性設定部は、前記操舵角に対して前記転舵角が大きい転舵特性を原則として設定し、前記検出値と理想値との差分が所定の許容値より大きい場合に、前記転舵角が相対的に小さくなる転舵特性を設定することを特徴とする請求項２に記載の車両制御装置。
所定の検出手段により走行路面上の異常を検出する異常検出部をさらに備え、
前記判定処理部は、前記異常の検出状態に応じて前記慣れ度合いの判定を規制することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車両制御装置。