JP5359200B2 - 車両操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両操舵制御装置に関し、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。

特許文献１には、ステアリングホイールに操舵方向と逆方向の操舵反力を与えることができる車両の操舵反力制御装置が開示されている。この車両の操舵反力制御装置おいては、進行方向前方の道路の曲率が大きくなれば、操舵反力を減少させて、カーブ路のステアリング操作を容易にすることが開示されている。
特開平１１−７８９３８号公報

ところで、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る。しかしながら、従来の操舵量と転舵量がほぼ等しい車両に慣れ親しんだ者が、急にこれと異なる伝達比を有する車両を運転しようとすると、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。

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、運転者の操舵を補助しつつ、従来の伝達比と異なる伝達比を有する車両の操舵を学習できる車両操舵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操舵制御装置は、運転者により操作されるステアリングホイールと、操作されたステアリングホイールを中立位置に戻すバネ反力トルクと、ステアリングホイールの操作に対して粘性抵抗を与える粘性反力トルクとを制御する操舵反力制御手段と、運転者による実操舵量を検出する操舵量検出手段と、車速と道路情報と車両の位置情報とにもとづいて進行方向の理想操舵量を演算する理想操舵量演算手段と、車両を旋回する際に旋回方向に対して実操舵量が理想操舵量より大きい旋回過剰操舵状態と、旋回過剰操舵状態から理想操舵量への復帰操作中に実操舵量が理想操舵量から離れる方向に向かう復帰過剰操舵状態と、を判定する判定手段と、旋回過剰操舵状態において操舵反力制御手段に制御されるバネ反力トルクに追加バネ反力トルクを加え、復帰過剰操舵状態において操舵反力制御手段に制御される粘性反力トルクに追加粘性反力トルクを加える操舵反力補正手段と、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）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、その修正動作も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。この態様によると、追加バネ反力トルクと追加粘性反力トルクにより運転者の操舵を安定させるように補助することができる。また、操舵状態に応じて異なる操舵反力トルクを変化させることができる。すなわち、追加バネ反力トルクにより運転者の実操舵量を理想的な操舵量に戻させ、追加粘性反力トルクにより実操舵量を理想的な操舵量以上に戻させ過ぎないように補助することで、運転者に理想的な操舵量を学習させることができる。

操舵反力補正手段は、実操舵量と理想操舵量との差分に応じた追加バネ反力トルクまたは追加粘性反力トルクを加えてもよい。これにより、実操舵量と理想操舵量との差分の大きさに応じた操舵反力トルクを加えることができる。

実操舵量と理想操舵量との差分を記憶する差分記憶手段と、記憶した差分にもとづいて運転者の操舵の慣れ度合いを演算する慣れ度合い演算手段と、追加バネ反力トルクおよび追加粘性反力トルクそれぞれの追加反力特性を慣れ度合いに応じて変化させる追加反力特性設定手段と、をさらに備えてもよい。この態様によれば、追加バネ反力トルクおよび追加粘性反力トルクそれぞれの反力特性を運転者の操舵の慣れ度合いに応じて設定することができる。この慣れ度合いによって運転者の操舵の上手さを判断でき、たとえば、運転者の操舵が上手いと判断すれば、追加バネ反力トルクおよび追加粘性反力トルクを小さくすることができる。

道路情報にもとづいて道路の操舵難度を導出する道路操舵難度導出手段をさらに備えてもよい。慣れ度合い演算手段は、道路操舵難度導出手段によって導出された道路操舵難度に応じて慣れ度合いを演算してもよい。これにより、道路の操舵難度に重み付けをした慣れ度合いを演算することができる。

慣れ度合い演算手段は、実操舵量の変化の滑らか度合いを演算し、滑らか度合いにもとづいて慣れ度合いを補正してもよい。これにより、たとえば実操舵量と理想操舵量との差分が大きくても、実操舵量の変化が滑らかである場合に、運転者の操舵が慣れているとする慣れ度合いを演算することができる。

車両を旋回する際の運転者による旋回開始時間と理想操舵量における理想旋回開始時間とを比較した情報によって運転者の旋回開始傾向を演算する旋回開始傾向演算手段をさらに備えてもよい。慣れ度合い演算手段は、運転者による旋回開始時間が旋回開始傾向演算手段によりあらかじめ演算された旋回開始傾向を満たすと判定される場合に、滑らか度合いを演算し、滑らか度合いにもとづいて慣れ度合いを演算してもよい。これにより、より正確に運転者の操舵の慣れ度合いを演算することができる。

本発明によれば、運転者の操舵を補助しつつ、従来の伝達比と異なる伝達比を有する車両の操舵を学習できる装置を提供することができる。

図１は、本発明の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１２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。操舵反力付与手段として機能す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とが操舵角検出手段として設置される。操舵トルクセンサ１６および操舵角センサ１８を含む操舵角検出手段の出力は、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。なお、転舵特性とは、操舵量と転舵量の関係性をいう。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、その変位量にもと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。

また、車両１０は、道路情報、および車両の現在位置を把握するＧＰＳ（Global Positioning System）機能を有するナビゲーション装置４０を備える。なお、道路情報には、道路の道幅や形状が含まれ、道路情報から道路の曲率が算出可能である。また、車両１０は、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ４２を備える。車速、転舵角、道路地図情報およびヨーレートは、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、ナビゲーション装置４０、およびヨーレートセンサ４２の出力値を受け取る。そして、これらの値にもと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。なお、操舵角センサ１８およびヨーレートセンサ４２は、運転者による実操舵量を検出する操舵量検出手段として機能してよい。

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、修正動作においても必要以上に操舵してしまう可能性があり、煩瑣である。

そこで本実施の形態においては、車両を旋回する際の運転者の必要以上の操舵に対して操舵反力を加えることで運転の補助しつつ、その操舵反力のうち異なる操舵反力を使い分けることで従来の転舵特性と異なる転舵特性を有する車両の操舵を運転者に学習させる。

図２は、旋回に対する操舵量の変化を示す。本図のグラフにおいて、破線は転舵特性に不慣れな運転者による実操舵量の変化を示し、実線は理想操舵量の変化を示す。実線および破線ともに、同一の転舵特性である。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１２の操舵角、操舵角速度、トルク、ヨーレート等であってよく、操舵量であってよい。実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、破線で示す不慣れな運転操作の波形は高周波成分の多い波形であることが現れている。破線に示す時間ｔ２から時間ｔ６における操舵が、車両１０を旋回する際に旋回方向に対して実操舵量が理想操舵量より大きい旋回過剰操舵状態である。破線に示す時間ｔ６から時間ｔ８における操舵が、旋回過剰操舵状態から理想操舵量への復帰操作中に実操舵量が理想操舵量から離れる方向に向かう復帰過剰操舵状態である。

図３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１０６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１０４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。操舵補助部１０２は、ステアリングホイール１２の操舵角、ヨーレート、車速、道路情報等の情報にもとづいて、追加バネ反力トルクおよび追加粘性反力トルクを操舵反力制御部１０４に出力する。

まず、転舵制御部１０６の各ブロックについて説明する。目標転舵角演算部１３６は、操舵角センサ１８から操舵角を、車速センサ３６から車速を受け取り、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を設定する。目標ヨーレートは、予め準備された転舵特性として、操舵角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を代入することによって求めてもよい。次に、目標転舵角演算部１３６は、目標ヨーレートを実現するための目標転舵角を算出する。目標転舵角演算部１３６は、目標ヨーレートに対応する目標転舵角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てよい。この場合、車速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。

転舵角指令部１３８は、目標転舵角を目標転舵角演算部１３６から受け取るとともに、転舵角センサ３４から実転舵角を受け取る。そして、目標転舵角と実転舵角との差分にもとづき、周知のＰＩＤ（比例、積分、微分）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１４０に供給する。

モータ駆動回路１４０は、転舵角指令部１３８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１０４の各ブロックについて説明する。操舵反力演算部１３０は、操舵角センサ１８から実操舵角を受け取り、これに応じて目標操舵反力を設定する。目標操舵反力は、バネ反力トルク、および粘性反力トルクを含む。バネ反力トルクは、ステアリングホイール１２を中立位置に戻そうとするトルクである。バネ反力トルクは、予め準備された、実操舵角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られてもよいし、または所定の計算式に実操舵角を代入することによって求められてもよい。粘性反力トルクは、ステアリングホイール１２の回動操作に対して粘性抵抗を与えるトルクである。粘性反力トルクは、予め準備された、実操舵角の角加速度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られてもよいし、または所定の計算式に実操舵角の角加速度を代入することによって求められてもよい。なお、目標操舵反力は、ヨーレートセンサ４２から出力される実ヨーレートおよび車速センサ３６から出力される車速にもとづいて求められてよい。

操舵反力指令部１３２は、目標操舵反力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を受け取る。そして、最終操舵反力と実トルクの差分にもとづき、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。なお、目標操舵反力には、操舵反力補正部１１４から供給される追加バネ反力トルクおよび追加粘性反力トルクが加えられる。

モータ駆動回路１３４は、操舵反力指令部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１２の操舵反力が生じる。

次に、操舵補助部１０２の各ブロックについて説明する。理想操舵量演算部１１０は、あらかじめ設定された転舵特性、道路情報、位置情報および車速にもとづいて、走行中の道路を運転する場合の理想操舵量を演算する。理想操舵量とは、車両１０にあらかじめ設定された転舵特性において、車両１０が進行予定の道路を理想操舵量で操舵されれば、車両１０が道路の走行車線内を安全で理想的に走行することができるように定められた操舵量である。具体的には、ナビゲーション装置４０により車両１０の現在位置を取得し、現在位置から進行方向の道路情報を取得し、進行方向の道路情報と車両１０の車速にもとづき理想操舵量を演算する。なお、車両１０の進行方向はシフトレバー（図示しない）の位置により判断してよい。理想操舵量は、所定の曲率以上を有するカーブ路について演算されてよい。理想操舵量には、左右の旋回すべき方向に関する情報が含まれてよい。なお、進行方向の道路に分岐点が存在する場合は、両方の理想操舵量を演算してよく、理想操舵量演算部１１０は、進行方向に分岐路が存在する場合、ステアリングホイール１２の操舵角およびウインカースイッチ（図示しない）により車両１０の旋回方向を判断してよい。理想操舵量は、理想操舵角または理想ヨーレートであってよい。理想操舵角および理想ヨーレートのそれぞれは、所定の計算式により互いに変換可能である。一方、実操舵量は、実操舵角または実ヨーレートであってよい。

比較判定部１１２は、実操舵量と、理想操舵量演算部１１０から受け取った理想操舵量を比較する。比較判定部１１２は、実操舵量として、目標転舵角演算部１３６から実操舵角を受け取り、操舵反力演算部１３０から実ヨーレートを受け取る。比較判定部１１２は、実操舵量と理想操舵量との差分を求める。実操舵量と理想操舵量との差分は、理想的な操舵からの乖離量を示す。比較判定部１１２は、この差分により、車両１０を旋回する際に旋回方向に対して実操舵量が理想操舵量より大きい第１旋回過剰操舵状態を判定する。また、比較判定部１１２は、実操舵量から理想操舵量を減算した差分が所定の第１閾値Ｔｈ１より大きければ、第２旋回過剰操舵状態であると判定してよい。第２旋回過剰操舵状態は、図２の時間ｔ３からｔ５に示される状態である。所定の第１閾値Ｔｈ１を用いることで、一意に定まる理想操舵量と、運転者の安全な範囲での自由な運転とのずれを許容することができる。所定の第１閾値Ｔｈ１は、道路の道幅にもとづいて定められてよい。比較判定部１１２は、第１旋回過剰操舵状態または第２旋回過剰操舵状態を旋回過剰操舵状態と判定してよい。

比較判定部１１２は、旋回過剰操舵状態から理想操舵量への復帰操作中に実操舵量が理想操舵量から離れている第１復帰過剰操舵状態かどうかを判定する。第１復帰過剰操舵状態は、図２の時間ｔ６からｔ８に示される状態である。比較判定部１１２は、実操舵量が理想操舵量より小さく、かつ、前回演算した理想操舵量と実操舵量との差分より新たに演算した差分の絶対値が大きければ、第１復帰過剰操舵状態であると判定する。第１復帰過剰操舵状態は、図２の時間ｔ６からｔ８に示される状態である。また、比較判定部１１２は、実操舵量が理想操舵量より所定の第２閾値Ｔｈ２以上小さく、かつ、前回演算した理想操舵量と実操舵量との差分より新たに演算した差分の絶対値が大きければ、第２復帰過剰操舵状態であると判定してよい。第２復帰過剰操舵状態は、図２の時間ｔ７からｔ８に示される状態である。所定の第２閾値Ｔｈ２を用いることで、一意に定まる理想操舵量と、運転者の安全な範囲での自由な運転とのずれを許容することができる。比較判定部１１２は、第１復帰過剰操舵状態または第２復帰過剰操舵状態を復帰過剰操舵状態と判定してよい。なお、比較判定部１１２は、旋回過剰操舵状態、および復帰過剰操舵状態でなければ、通常操舵状態と判定してよい。

操舵反力補正部１１４は、比較判定部１１２から操舵状態の判定結果と理想操舵量と実操舵量との差分を受け取り、旋回過剰操舵状態であれば、追加バネ反力トルクを導出し、復帰過剰操舵状態であれば、追加粘性反力トルクを導出する。追加バネ反力トルクおよび追加粘性反力トルクは、それぞれの２次元マップにもとづき理想操舵量と実操舵量との差分に応じて導出されてよい。操舵反力補正部１１４は、導出した追加バネ反力トルクおよび追加粘性反力トルクを操舵反力指令部１３２に供給する。操舵量のうちヨーレートを基準に用いれば、ステアリングホイール１２の瞬間的な操作に対して操舵反力を追加するのではなく、実際の車両１０の挙動に対して操舵反力を追加することができる。なお、追加バネ反力トルクおよび追加粘性反力トルクを導出するそれぞれの２次元マップは、追加反力特性設定部１２０により設定された追加反力特性に応じて変えてよい。追加反力特性とは、理想操舵量と実操舵量との差分と、追加する操舵反力トルクの関係性をいう。

差分記憶部１１８は、比較判定部１１２から受け取った理想操舵量と実操舵量との差分を順次記憶する。慣れ判定値演算部１２４は、差分記憶部１１８から受け取った複数の差分にもとづき慣れ判定値を演算する。具体的には、たとえば理想操舵量がカーブ路毎について演算される場合には、記憶されたカーブ路単位の差分にもとづき慣れ判定値が演算される。慣れ判定値演算部１２４は、１カーブ路において記憶された差分の絶対値を加算し、記憶された差分の個数で除算することで慣れ判定値を演算してよい。なお、慣れ判定値演算部１２４は、記憶された差分をもとに所定周期で慣れ判定値を演算してもよい。慣れ判定値は、記憶された差分の絶対値を平均化したものであってよい。また、慣れ判定値演算部１２４は、１カーブ路において記憶された差分の絶対値を加算した値、車両１０がその１カーブ路を通過したときの平均車速、およびその１カーブ路の距離にもとづいて慣れ判定値を演算してよい。慣れ判定値保持部１２６は、慣れ判定値演算部１２４から慣れ判定値を受け取り、慣れ判定値を順次保持する。慣れ判定値保持部１２６は、慣れ判定値を所定数個保持すると、古い慣れ判定値を破棄し、新たに算出された慣れ判定値を保持してよい。

慣れ判定値演算部１２４は、実操舵量の変化の滑らか度合いを演算する。慣れ判定値演算部１２４は、実操舵量を、操舵角センサ１８またはヨーレートセンサ４２から受け取ってよく、操舵反力演算部１３０または目標転舵角演算部１３６から受け取ってもよい。実操舵量と理想操舵量との差分の大きさだけで慣れ度合いを演算すると、実際の運転は滑らかな操舵であっても、慣れ度合いでは操舵に慣れていないと示される場合が考えられる。これは、たとえば道幅を広く使った滑らかな運転である実操舵量が検出されたとしても、一意的に定まる理想操舵量とのずれが差分として算出されるおそれがあるためである。そこで、慣れ判定値演算部１２４は、実操舵量の変化の滑らか度合いを演算し、その滑らか度合いにもとづいて慣れ判定値を補正する。

滑らかな操舵であれば、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。そこで慣れ判定値演算部１２４は、所定期間検出された実操舵量に対して、フーリエ変換し、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。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。慣れ判定値演算部１２４は、ハイパスフィルタ処理を実行した実操舵量の高周波成分にもとづいて滑らか度合いを算出する。
滑らか度合いは０〜１の係数であってよく、滑らか度合いが０であれば高周波成分が少ない滑らかな運転であることを示し、滑らか度合いが１であれば高周波成分が多い乱れた運転であることを示す。慣れ判定値演算部１２４は、慣れ判定値に滑らか度合いを乗算して補正してよい。なお、慣れ判定値演算部１２４は、周波数解析により１Ｈｚ以上の高周波数成分に応じて滑らか度合いを算出してよい。

慣れ度合い演算部１２８は、慣れ判定値保持部１２６に保持される所定数個の慣れ判定値にもとづいて運転者の操舵の慣れ度合いを演算する。慣れ度合い演算部１２８は、所定数個の慣れ判定値を平均化することで、慣れ度合いを算出してよい。すなわち、慣れ度合いは、実操舵量と理想操舵量との差分にもとづく偏差平均値であってよい。追加反力特性設定部１２０は、慣れ判定値保持部１２６から慣れ度合いを受け取ると、慣れ度合いに応じた追加反力特性を設定する。具体的には、追加反力特性設定部１２０は、運転が上手であること示す慣れ度合いであれば、所定の差分に対する操舵反力は小さくなる追加反力特性を設定する。一方、追加反力特性設定部１２０は、運転が下手であることを示す慣れ度合いであれば、所定の差分に対する操舵反力は大きくなる追加反力特性を設定する。操舵反力補正部１１４は、設定された追加反力特性に応じた２次元マップにもとづいて追加バネ反力トルクおよび追加粘性反力トルクを導出する。これにより、操舵に慣れた運転者の操舵の自由度を高めることができる。なお、慣れ度合い演算部１２８は、慣れ判定値演算部１２４および慣れ判定値保持部１２６を含む構成であってよい。

道路操舵難度導出部１１６は、道幅および道路の曲率の道路情報にもとづいて道路の操舵難度を導出する。道路操舵難度は０〜１の係数であってよく、道路操舵難度が０であれば直線道路であることを示し、道路操舵難度が１であれば最大難度であることを示す。道路操舵難度は、道路情報に含まれるあらかじめ設定された値であってよい。実操舵量と理想操舵量との差分を道路操舵難度で乗算して調整することで、道路操舵難度に応じた慣れ判定値を演算してよい。なお、道路操舵難度は、１カーブ路毎に求められるカーブ操舵難度であってよく、１カーブ路毎に演算した慣れ判定値をカーブ操舵難度で調整してよい。これにより、道路の操舵難度に重み付けをした慣れ度合いを演算することができる。

旋回開始傾向演算部１２２は、車両１０を旋回する際の運転者による旋回開始時間と理想操舵量における理想旋回開始時間とを比較した情報によって運転者の旋回開始傾向を演算する。旋回する際の運転者による旋回開始時間とは、たとえば、カーブ路において旋回する際に運転者がステアリングホイール１２を切り始めた時をいう。旋回する際の運転者による旋回開始時間は、図２では、時間ｔ１に示す時間である。運転者による旋回開始時間は、たとえば、検出された操舵角の変化量で判定してよい。理想操舵量における理想旋回開始時間とは、理想操舵量演算部１１０によって演算された理想操舵量にもとづく、旋回する際にステアリングホイール１２を切り始める理想的な時間をいう。理想操舵量における理想旋回開始時間は、図２では、時間ｔ２に示す時間である。旋回開始傾向演算部１２２は、直線的な道路からカーブ路に進行する場合における旋回開始傾向を判定してよい。

旋回開始傾向演算部１２２は、運転者による旋回開始時間が理想旋回開始時間より所定時間より早い場合、早操舵傾向と判定する。旋回開始傾向演算部１２２は、運転者による旋回開始時間が理想旋回開始時間より所定時間より遅い場合、遅操舵傾向と判定する。旋回開始傾向演算部１２２は、早操舵傾向および遅操舵傾向のいずれでもなければ、通常操舵傾向であると判定する。旋回開始傾向演算部１２２は、所定回数以上の判定結果にもとづき、運転者の旋回開始傾向が、早操舵傾向、遅操舵傾向、通常操舵傾向のいずれにあるか、多数をとって決定する。慣れ判定値演算部１２４は、旋回する際の運転者による旋回開始時間が運転者の旋回開始傾向を満たすと判定される場合に、滑らか度合いを演算し、滑らか度合いにもとづいて慣れ度合いを補正してよい。これにより、運転者の習癖を示す運転者の旋回開始傾向を許容するように慣れ度合いを演算することができる。

図４は、実施の形態における操舵補助処理を示すフローチャートである。理想操舵量演算部１１０は、ナビゲーション装置４０から車両の進行方向、道路情報および現在位置を取得する（Ｓ１０）。理想操舵量演算部１１０は、道路情報、現在位置、および進行方向にもとづいて、進行方向の道路に所定の曲率以上を有するカーブ路が有るかどうかを所定周期で判定する（Ｓ１２）。理想操舵量演算部１１０は、カーブ路がなければ、操舵補助処理を終了する（Ｓ１２のＮ）。

カーブ路が有ると判定された場合（Ｓ１２のＹ）、理想操舵量演算部１１０は、車速センサ３６から現在の車速を取得する（Ｓ１４）。理想操舵量演算部１１０は、車速と、カーブ路の道幅、曲率、始点、および終点の道路情報とにもとづき理想操舵量を演算する（Ｓ１６）。なお、所定の曲率以上を有するカーブ路の始点および終点は、所定の曲率以上を有する道路かどうかの境界点に設定される。

操舵反力補正部１１４は、理想操舵量および実操舵量にもとづき、バネ反力追加処理を実行する（Ｓ１８）。次いで、操舵反力補正部１１４は、理想操舵量および実操舵量にもとづき、粘性反力追加処理を実行する（Ｓ２０）。操舵反力補正部１１４は、粘性反力追加処理実行後、カーブ路を通過しているかどうかを判定する（Ｓ２２）。なお、バネ反力追加処理（Ｓ１８）、粘性反力追加処理（Ｓ２０）については後で説明する。

操舵反力補正部１１４は、カーブ路を通過していれば（Ｓ２２のＹ）、操舵補助処理を終了する。操舵反力補正部１１４は、カーブ路を通過していなければ（Ｓ２２のＮ）、再びバネ反力追加処理（Ｓ１８）、粘性反力追加処理（Ｓ２０）を繰り返し実行する。これにより、運転者による実操舵量を理想操舵量に近づけるように、運転者の操舵を補助できる。バネ反力トルク処理と粘性反力トルク処理を交互に用いることで、バネ反力トルク処理によって過剰な操舵を修正させ、修正し過ぎることを粘性反力トルク処理によって規制することができる。さらに、バネ反力トルク処理と粘性反力トルク処理を用いて、運転者の操舵を理想的な操舵に修正させることで、理想的な操舵を運転者に効率よく学習させることができる。なお、操舵反力補正部１１４は、カーブ路を通過していなければ（Ｓ２２のＮ）、さらに粘性反力追加処理（Ｓ２０）を繰り返し実行してもよい。これにより、運転者の操舵を安定させることができる。

図５は、実施の形態におけるバネ反力追加処理を示すフローチャートである。比較判定部１１２は、カーブ中であるかどうかを判定する（Ｓ２９）。カーブ中でないと判定すると（Ｓ２９のＮ）、バネ反力追加処理を終了する。カーブ中であると判定すると（Ｓ２９のＹ）、比較判定部１１２は、理想操舵量演算部１１０から理想操舵量を取得し、目標転舵角演算部１３６または操舵反力演算部１３０から実操舵量を取得する（Ｓ３０）。比較判定部１１２は、理想操舵量と実操舵量との差分を算出する（Ｓ３２）。比較判定部１１２は、理想操舵量と実操舵量との差分にもとづいて、運転者の操舵が旋回過剰操舵状態であるかどうかを判定する（Ｓ３４）。具体的には、たとえば比較判定部１１２は、実操舵量から理想操舵量を減算した差分が所定の第１閾値以上であるか判定する。

比較判定部１１２は、差分が所定の第１閾値以上である場合（Ｓ３４のＹ）、旋回過剰操舵状態であると判定する。次いで操舵反力補正部１１４は、判定結果と差分を受け取り、差分に応じた追加バネ反力トルクを導出する（Ｓ３６）。操舵反力指令部１３２は、供給された追加バネ反力トルクを受け取り、操舵反力用モータ４６によって追加バネ反力トルクをステアリングホイール１２に付与する（Ｓ３８）。追加バネ反力トルクを付与後、再びＳ２９の処理に戻り、バネ反力追加処理を繰り返す。

比較判定部１１２は、差分が所定の第１閾値以上でない場合（Ｓ３４のＮ）、旋回過剰操舵状態でないと判定し、復帰操舵に切替えたかどうかを判定する（Ｓ４０）。具体的には、比較判定部１１２は、新たに算出した差分が前回算出した差分より小さければ、復帰操舵に切替えたと判定し、新たに算出した差分が前回算出した差分より小さくなければ、復帰操舵に切替えていないと判定する。比較判定部１１２は、復帰操舵中でないと判定すれば（Ｓ４０のＮ）、再びＳ２９の処理に戻り、バネ反力追加処理を繰り返す。一方、比較判定部１１２は、復帰操舵に切替えたと判定すれば（Ｓ４０のＹ）、バネ反力追加処理を終了する。バネ反力追加処理により、ステアリングホイール１２に対して理想操舵量に応じた操舵角に戻す力を加えることができる。

図６は、実施の形態における粘性反力追加処理を示すフローチャートである。比較判定部１１２は、カーブ中であるかどうかを判定する（Ｓ４１）。カーブ中でないと判定すると（Ｓ４１のＮ）、バネ反力追加処理を終了する。カーブ中であると判定すると（Ｓ４１のＹ）、比較判定部１１２は、理想操舵量演算部１１０から理想操舵量を取得し、目標転舵角演算部１３６または操舵反力演算部１３０から実操舵量を取得する（Ｓ４２）。比較判定部１１２は、理想操舵量と実操舵量との差分を算出する（Ｓ４４）。

比較判定部１１２は、理想操舵量と実操舵量との差分にもとづき、運転者の操舵が復帰過剰操舵状態であるかどうかを判定する（Ｓ４６）。具体的には、比較判定部１１２は、実操舵量が理想操舵量より所定の第２閾値Ｔｈ２以上小さく、かつ、前回演算した理想操舵量と実操舵量との差分より新たに演算した差分の絶対値が大きければ、復帰過剰操舵状態であると判定してよい。また、比較判定部１１２は、実操舵量が理想操舵量より所定の第２閾値Ｔｈ２以上大きく、または、前回演算した理想操舵量と実操舵量との差分より新たに演算した差分の絶対値が小さければ、復帰過剰操舵状態でないと判定してよい。

比較判定部１１２は、運転者の操舵が復帰過剰操舵状態であると判定する場合（Ｓ４６のＹ）、操舵反力補正部１１４は、判定結果と差分を受け取り、差分に応じた追加粘性反力トルクを導出する（Ｓ４８）。操舵反力指令部１３２は、供給された追加粘性反力トルクを受け取り、操舵反力用モータ４６によって追加粘性反力トルクをステアリングホイール１２に付与する（Ｓ５０）。追加粘性反力トルクを付与後、再びＳ４１の処理に戻り、粘性反力追加処理を繰り返す。

比較判定部１１２は、復帰過剰操舵状態でないと判定する場合（Ｓ４６のＮ）、復帰操舵に切替えたかどうかを判定する（Ｓ５２）。具体的には、たとえば比較判定部１１２は、新たに算出した差分の絶対値が前回算出した差分の絶対値より小さければ、復帰操舵に切替えたと判定し、新たに算出した差分の絶対値が前回算出した差分の絶対値より小さくなければ、復帰操舵に切替えていないと判定する。比較判定部１１２は、復帰操舵中でないと判定すれば（Ｓ５２のＮ）、再びＳ４１の処理に戻り、粘性反力追加処理を繰り返す。一方、比較判定部１１２は、復帰操舵に切替えたと判定すれば（Ｓ５２のＹ）、粘性反力追加処理を終了する。粘性反力追加処理により、ステアリングホイール１２に対して理想操舵量に応じた操舵角から離れないようにする力を加えることができる。

以上に説明した粘性反力追加処理は、バネ反力追加処理と粘性反力追加処理を交互に繰り返すように制御する場合の処理例である。一方、バネ反力追加処理後、粘性反力追加処理を繰り返すように制御する場合は、粘性反力追加処理における復帰過剰操舵状態を判定する条件を以下のように変更し、粘性反力追加処理を実行する。具体的には、たとえば比較判定部１１２は、実操舵量と理想操舵量との差分の絶対値が所定の第２閾値Ｔｈ２以上大きく、かつ、前回演算した理想操舵量と実操舵量との差分より新たに演算した差分の絶対値が大きければ、第３復帰過剰操舵状態であると判定する。

図７は、実施の形態における追加反力特性の設定処理を示すフローチャートである。カーブ路が終了すると（Ｓ５４）、慣れ判定値演算部１２４は、差分記憶部１１８からそのカーブ路を走行する間に算出された実操舵量と理想操舵量との差分を取得する（Ｓ５６）。道路操舵難度導出部１１６は、カーブ路の曲率と道幅にもとづきカーブ路操舵難度を算出し（Ｓ５８）、カーブ路操舵難度を慣れ判定値演算部１２４に供給する。慣れ判定値演算部１２４は、カーブ路を走行する間に算出された実操舵量と理想操舵量との差分にもとづき慣れ判定値を算出し、慣れ判定値をカーブ路操舵難度によって調整する（Ｓ６０）。慣れ判定値演算部１２４は、算出した慣れ判定値を慣れ判定値保持部１２６に保持させる（Ｓ６２）。慣れ度合い演算部１２８は、慣れ判定値保持部１２６に保持される慣れ判定値の数が所定数以上でなければ（Ｓ６４のＮ）、慣れ度合いを算出せず、追加反力特性の設定処理を終了する。

慣れ度合い演算部１２８は、慣れ判定値保持部１２６に保持される慣れ判定値の数が所定数以上であれば（Ｓ６４のＹ）、保持された複数の慣れ判定値を平均化することで、運転者の操舵の慣れ度合いを算出する（Ｓ６６）。追加反力特性設定部１２０は、新たに算出された慣れ度合いを受け取り、新たに算出された慣れ度合いが前回算出された慣れ度合いと比較して変更されたかどうかを判定する（Ｓ６８）。

追加反力特性設定部１２０は、新たに算出された慣れ度合いが前回算出された慣れ度合いと比較して変更されていなければ（Ｓ６８のＮ）、追加反力特性の設定処理を終了する。追加反力特性設定部１２０は、新たに算出された慣れ度合いが前回算出された慣れ度合いと比較して変更されていれば（Ｓ６８のＹ）、新たに算出された慣れ度合いに応じた追加反力特性を設定する（Ｓ７０）。操舵反力補正部１１４は、設定された追加反力特性に応じた２次元マップを参照して、追加バネ反力トルクおよび追加粘性反力トルクを導出する。これにより、運転者の操舵の慣れ度合いに応じて操舵を補助することができる。具体的には、たとえば運転者が小舵角ステアの操舵に慣れてきたならば、追加バネ反力トルクおよび追加粘性反力トルクによる補助を緩和することができる。また、慣れ判定値を道路操舵難度によって調整することで、道路の操舵難度を慣れ度合いに反映することができ、運転者の操舵の慣れ度合いを精度よく算出することができる。

図８は、実施の形態における旋回開始傾向の演算処理を示すフローチャートである。本図に示す旋回開始傾向の演算処理は、所定周期で実行されてよい。まず、旋回開始傾向演算部１２２は、ナビゲーション装置４０から供給される位置情報および道路情報にもとづき、車両１０が直線道路からカーブ路に進行予定であるかどうかを判定する（Ｓ７２）。旋回開始傾向演算部１２２は、車両１０が直線道路からカーブ路に進行予定でないと判定すれば（Ｓ７２のＮ）、旋回開始傾向の演算処理を終了する。

旋回開始傾向演算部１２２は、車両１０が直線道路からカーブ路に進行予定であると判定すれば（Ｓ７２のＹ）、車両１０を旋回する際に運転者が旋回を開始した時間（Ｔ１）を比較判定部１１２から取得する（Ｓ７４）。具体的には、実操舵角が所定角度より大きくなった時を運転者が旋回を開始した時と判定する。また、旋回開始傾向演算部１２２は、理想操舵量における理想旋回開始時間（Ｔ２）を比較判定部１１２から取得する（Ｓ７６）。

旋回開始傾向演算部１２２は、運転者による旋回開始時間（Ｔ１）と理想旋回開始時間（Ｔ２）を比較し、運転者による旋回開始時間（Ｔ１）が理想旋回開始時間（Ｔ２）より所定時間以上早いかどうかを判定する（Ｓ７８）。運転者による旋回開始時間（Ｔ１）が理想旋回開始時間（Ｔ２）より所定時間以上早いと判定する場合（Ｓ７８のＹ）、旋回開始傾向演算部１２２は、旋回開始が早いと判定し、判定結果を記録する（Ｓ８０）。そして、旋回開始傾向演算部１２２は、判定回数を記録する（Ｓ８６）。

運転者による旋回開始時間（Ｔ１）が理想旋回開始時間（Ｔ２）より所定時間以上早くないと判定する場合（Ｓ７８のＮ）、旋回開始傾向演算部１２２は、運転者による旋回開始時間（Ｔ１）が理想旋回開始時間（Ｔ２）より所定時間以上遅いかどうかを判定する（Ｓ８２）。運転者による旋回開始時間（Ｔ１）が理想旋回開始時間（Ｔ２）より所定時間以上遅いと判定する場合（Ｓ８２のＹ）、旋回開始傾向演算部１２２は、旋回開始が遅いと判定し、判定結果を記録する（Ｓ８４）。そして、旋回開始傾向演算部１２２は、判定回数を記録する（Ｓ８６）。また、運転者による旋回開始時間（Ｔ１）が理想旋回開始時間（Ｔ２）より所定時間以上遅くないと判定する場合も（Ｓ８２のＮ）、旋回開始傾向演算部１２２は、判定回数を記録する（Ｓ８６）。

旋回開始傾向演算部１２２は、記録された判定回数が所定回数以上であるかどうかを判定する（Ｓ８８）。旋回開始傾向演算部１２２は、記録された判定回数が所定回数以上でなければ（Ｓ８８のＮ）、旋回開始傾向の演算処理を終了する。旋回開始傾向演算部１２２は、記録された判定回数が所定回数以上であれば（Ｓ８８のＹ）、旋回開始傾向が、早操舵傾向、遅操舵傾向、または通常操舵傾向のいずれであるかを判定し、記録する（Ｓ９０）。そして、慣れ判定値演算部１２４は、旋回する際の運転者による旋回開始時間が運転者の旋回開始傾向を満たすと判定される場合に、滑らか度合いを演算し、滑らか度合いにもとづいて慣れ度合いを補正してよい。これにより、運転者の習癖を示す旋回開始傾向を許容するように慣れ度合いを演算することができる。

以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。本発明によれば、小舵角ステアである車両に対して好適である。すなわち、小舵角ステアである車両の運転に不慣れな運転者が、車両を旋回する際に旋回方向に過剰に操舵してしまうおそれがあり、本発明によれば、そのような操舵を補助することができる。

以上に説明した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。

たとえば、バネ反力追加処理および粘性反力追加処理を複数回実行する場合、所定の第１閾値および所定の第２閾値を徐々に小さくしてよい。これにより、運転者の操舵を理想操舵量により近づけることができ、運転者は理想操舵量をより効率的に学習することができる。

また、実施の形態では、バネ反力トルク処理と粘性反力トルク処理とを組み合わせた処理を説明したが、バネ反力トルク処理または粘性反力トルク処理のどちらか一方を用いてよい。具体的には、実操舵量が理想操舵量と所定の閾値以上乖離する過剰操舵状態であれば、バネ反力トルク処理を繰り返すか、または粘性反力トルク処理を繰り返すように制御する。または、旋回過剰操舵状態であれば、バネ反力トルク処理を、または粘性反力トルク処理をするように制御する。これにより運転者の操舵を補助することができる。

また、操舵補助部１０２は、操舵補助機能を停止する手動スイッチを備えてよい。これにより、運転者は、自己の判断によって、操舵補助を実行するかどうかを選択できる。

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、当業者の知識にもと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。

本発明の実施形態に係る車両の基本的な構成を示す図である。 旋回に対する操舵量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。 実施の形態における操舵補助処理を示すフローチャートである。 実施の形態におけるバネ反力追加処理を示すフローチャートである。 実施の形態における粘性反力追加処理を示すフローチャートである。 実施の形態における追加反力特性の設定処理を示すフローチャートである。 実施の形態における旋回開始傾向の演算処理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 ナビゲーション装置、 ４２ ヨーレートセンサ、 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 操舵補助部、 １０４ 操舵反力制御部、 １０６ 転舵制御部、 １１０ 理想操舵量演算部、 １１２ 比較判定部、 １１４ 操舵反力補正部、 １１６ 道路操舵難度導出部、 １１８ 差分記憶部、 １２０ 追加反力特性設定部、 １２２ 旋回開始傾向演算部、 １２４ 慣れ判定値演算部、 １２６ 慣れ判定値保持部、 １２８ 慣れ度合い演算部、 １３０ 操舵反力演算部、 １３２ 操舵反力指令部、 １３４ モータ駆動回路、 １３６ 目標転舵角演算部、 １３８ 転舵角指令部、 １４０ モータ駆動回路。

Claims (6)

1. 運転者により操作されるステアリングホイールと、
   操作された前記ステアリングホイールを中立位置に戻すバネ反力トルクと、前記ステアリングホイールの操作に対して粘性抵抗を与える粘性反力トルクとを制御する操舵反力制御手段と、
   運転者による実操舵量を検出する操舵量検出手段と、
   車速と道路情報と車両の位置情報とにもとづいて進行方向の理想操舵量を演算する理想操舵量演算手段と、
   車両を旋回する際に旋回方向に対して前記実操舵量が前記理想操舵量より大きい旋回過剰操舵状態と、前記旋回過剰操舵状態から前記理想操舵量への復帰操作中に前記実操舵量が前記理想操舵量から離れる方向に向かう復帰過剰操舵状態と、を判定する判定手段と、
   前記旋回過剰操舵状態において前記操舵反力制御手段に制御される前記バネ反力トルクに追加バネ反力トルクを加え、前記復帰過剰操舵状態において前記操舵反力制御手段に制御される前記粘性反力トルクに追加粘性反力トルクを加える操舵反力補正手段と、を備えることを特徴とする車両操舵制御装置。
2. 前記操舵反力補正手段は、前記実操舵量と前記理想操舵量との差分に応じた前記追加バネ反力トルクまたは前記追加粘性反力トルクを加えることを特徴とする請求項１に記載の車両操舵制御装置。
3. 前記実操舵量と前記理想操舵量との差分を記憶する差分記憶手段と、
   記憶した前記差分にもとづいて運転者の操舵の慣れ度合いを演算する慣れ度合い演算手段と、
   前記追加バネ反力トルクおよび前記追加粘性反力トルクそれぞれの追加反力特性を前記慣れ度合いに応じて変化させる追加反力特性設定手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の車両操舵制御装置。
4. 道路情報にもとづいて道路の操舵難度を導出する道路操舵難度導出手段をさらに備え、
   前記慣れ度合い演算手段は、前記道路操舵難度導出手段によって導出された道路操舵難度に応じて前記慣れ度合いを演算することを特徴とする請求項３に記載の車両操舵制御装置。
5. 前記慣れ度合い演算手段は、前記実操舵量の変化の滑らか度合いを演算し、前記滑らか度合いにもとづいて前記慣れ度合いを補正することを特徴とする請求項３または４に記載の車両操舵制御装置。
6. 車両を旋回する際の運転者による旋回開始時間と前記理想操舵量における理想旋回開始時間とを比較した情報によって運転者の旋回開始傾向を演算する旋回開始傾向演算手段をさらに備え、
   前記慣れ度合い演算手段は、前記運転者による旋回開始時間が前記旋回開始傾向演算手段によりあらかじめ演算された前記旋回開始傾向を満たすと判定される場合に、前記滑らか度合いを演算し、前記滑らか度合いにもとづいて前記慣れ度合いを演算することを特徴とする請求項５に記載の車両操舵制御装置。

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