JP6834858B2 - 操舵支援装置 - Google Patents

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Description

この発明は、操舵支援装置に係り、特に、車両において運転者の操舵操作を支援する操舵支援装置に関する。
特許文献1には、操舵操作に関する支援制御を行う運転支援装置が開示されている。この装置の支援制御によれば、車両の操舵角が自律的に制御される。そして、支援制御の実行中に、解除閾値を越える操舵トルクがステアリングホイールに入力されると、支援制御が解除され、操舵操作の主権が運転者に戻される。
上記従来の装置において、上記の解除閾値は、車両が走行しようとする道路の曲率が大きいほど大きな値に設定される。車両の運転者が自ら操舵操作を行う場合、ステアリングホイールに入力される操舵トルクは、カーブの曲率が大きいほど大きなものとなる。上記従来の装置によれば、曲率の大きなカーブでは、十分に大きな操舵トルクが入力されない限り支援制御が解除されない。このため、この装置によれば、運転者の意図に反して支援制御が解除されてしまう事態を適切に避けることができる。
上記従来の装置において、運転者による操舵トルクは操舵トルクセンサによって検出される。操舵トルクセンサは、ステアリングシャフトに加わる捩じりトルクを、操舵トルクとして検出する。
ステアリングシャフトは、ステアリングギアボックスを介して左右の前輪に連結されている。そして、ステアリングギアボックスには、左右の前輪に操舵角を与えるためのモータが組み込まれている。
支援制御の実行中、この装置は、上記のモータを適切に駆動することにより、左右の前輪に所望の操舵角を与える。この際、モータの動作は、ギアボックス及びステアリングシャフトを介してステアリングホイールにも伝達される。このため、支援制御によって操舵角が自律的に変化する際には、ステアリングホイールにも自律的な回転が生ずる。これにより、運転者は、操舵角が自律的に制御されていることを視覚的に認識することができる。
特開2005−343184号公報
ところで、支援制御の実行中にステアリングホイールが自律的に回転する際には、回転の反力としてステアリングホイールの慣性トルクがステアリングシャフトに作用する。この際、運転者は何ら操舵トルクを入力していないにも関わらず、操舵トルクセンサには、その慣性トルクに応じた出力が現れる。
このような状況下では、僅かな操舵トルクが慣性トルクに重畳するだけで、操舵トルクセンサの検出値が支援制御の解除閾値を上回る事態が生ずる。そして、この事態が生ずると、上記従来の運転支援装置は支援制御を解除してしまう。このように、上記従来の運転支援装置は、ステアリングホイールの慣性トルクが操舵トルクセンサに作用する状況下では、僅かな操舵トルクが入力されるだけで支援制御を解除してしまう可能性を有するものであった。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ステアリングホイールの慣性トルクに影響されることなく、運転者が真に十分な操舵トルクを入力した場合に操舵支援を適切に終了させる操舵支援装置を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様は、上記の目的を達成するため、操舵支援装置であって、
車両の運転者が操舵トルクを入力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の回転を操舵対象車輪の舵角に変換するステアリング機構と、
指令値に応じた舵角が生ずるように前記ステアリング機構を駆動する操舵アクチュエータと、
前記ステアリングシャフトに作用するトルクを検知する操舵トルクセンサと、
車両の進行方向に延びる通過予定エリアの道路情報を提供する情報提供ユニットと、
前記操舵トルクセンサの出力及び前記道路情報に基づいて前記操舵アクチュエータを制御する電子制御ユニットと、を備え、
前記電子制御ユニットは、
前記道路情報に基づいて、前記車両を前記通過予定エリアに沿って走行させるための前記指令値を演算し、当該指令値を前記操舵アクチュエータに提供する操舵支援制御と、
前記操舵トルクセンサの出力が解除条件を成立させる大きさとなった場合に前記操舵支援制御の実行を解除する支援解除処理と、
前記操舵支援制御の下で前記ステアリングホイールが生じさせる慣性トルクが基準値を超えるか否かを、前記道路情報に基づいて予測する慣性予測処理と、
前記慣性トルクが前記基準値を超えないと予測される状況下で、前記解除条件として第1条件を設定する第1条件設定処理と、
前記慣性トルクが前記基準値を超えると予測される場合に、前記第1条件より成立条件の厳しい第2条件を、前記解除条件として設定する第2条件設定処理と、
を実行することを特徴とする。
また、本発明の第2の態様は、上記第1の態様において、
前記支援解除処理は、前記操舵トルクセンサの出力が解除閾値を越える場合に前記解除条件の成立を判定する処理を含み、
前記第1条件設定処理は、前記解除閾値として標準閾値を設定する処理を含み、
前記第2条件設定処理は、前記解除閾値として、前記標準閾値より大きな大閾値を設定する処理を含むことを特徴とする。
また、本発明の第3の態様は、第2の態様において、前記大閾値は、前記標準閾値より一定値だけ大きな値であることを特徴とする。
また、本発明の第4の態様は、第2の態様において、
前記慣性予測処理は、前記道路情報に基づいて前記慣性トルクの大きさを予測する処理を含み、
前記第2条件設定処理は、
前記慣性トルクの大きさに基づいて閾値加算量を演算する処理と、
前記標準閾値に前記閾値加算量を加えて前記大閾値を算出する処理と、を含むことを特徴とする。
また、本発明の第5の態様は、第1乃至第4の態様の何れかにおいて、
前記支援解除処理は、
前記操舵トルクセンサの出力が解除閾値を越えるか否かを判断する処理と、
前記出力が前記解除閾値を越えた状態の成立時間が解除閾時間を超える場合に、前記解除条件の成立を判定する処理と、を含み、
前記第1条件設定処理は、前記解除閾時間として標準閾時間を設定する処理を含み、
前記第2条件設定処理は、前記解除閾時間として、前記標準閾時間より長い長閾時間を設定する処理を含むことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の操舵支援装置。
また、本発明の第6の態様は、第1乃至第5の態様の何れかにおいて、
前記第1条件設定処理は、
前記慣性トルクが前記基準値を超えないと予測される状況下で、前記慣性トルクが前記基準値以下の値を持つ第2基準値以下となる状態の継続時間をカウントする処理と、
前記継続時間が保持時間を超えたか否かを判断する処理と、を含み、
前記解除条件として前記第1条件を設定する処理は、前記継続時間が前記保持時間を越えた時点で実行され、
前記慣性予測処理は、前記道路情報に基づいて前記慣性トルクの大きさを予測する処理を含み、
前記電子制御ユニットは、予測される前記慣性トルクが大きいほど、前記保持時間を長く設定する処理を更に実行することを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の操舵支援装置。
また、本発明の第7の態様は、第1乃至第6の態様の何れかにおいて、
前記慣性予測処理は、
前記道路情報に基づいて、車両に要求される舵角加速度を予測する処理と、
前記舵角加速度に基づいて前記慣性トルクの大きさを予測する処理と、を含むことを特徴とする。
また、本発明の第8の態様は、第1乃至第7の態様の何れかにおいて、
前記解除条件は、
前記慣性トルクの方向と同じ向きの操舵トルクに対して用いられる同方向解除条件と、
前記慣性トルクの方向と逆向きの操舵トルクに対して用いられる逆方向解除条件と、を含み、
前記第2条件は、前記同方向解除条件として設定されることを特徴とする。
また、本発明の第9の態様は、第8の態様において、前記電子制御ユニットは、前記慣性トルクが前記基準値を超えると予測される場合に、第1条件より容易に成立する第3条件を、前記逆方向解除条件として設定する第3条件設定処理を更に実行することを特徴とする。
また、本発明の第10の態様は、第1乃至第9の態様の何れかにおいて、
前記情報提供ユニットは、車線の境界を示す目的物を検出する物体検出センサを含み、
前記道路情報は、当該物体検出センサによる前記目的物の検出結果を含むことを特徴とする。
また、本発明の第11の態様は、第1乃至第10の態様の何れかにおいて、
前記情報提供ユニットは、車両の進行方向に延びる領域の地図情報を提供する地図情報提供ユニットを含み、
前記道路情報は、車両が走行すべき道路に関する地図情報を含むことを特徴とする。
本発明の第1の態様によれば、車両の運転者がステアリングホイールを操作すると、その操作に伴う操舵トルクが、ステアリングシャフト及びステアリング機構を介して操舵対象車輪に伝達される。その結果、操舵伝達車輪には、運転者所望の舵角が生ずる。この際、操舵トルクセンサは、運転者が入力した操舵トルクに応じた出力を発する。電子制御ユニットが操舵支援制御を実行する際には、情報提供ユニットが提供する道路情報に基づいて、操舵アクチュエータにより、操舵対象車輪に適切な操舵角が与えられる。また、操舵支援制御の実行中に、操舵トルクセンサの出力が解除条件を満たす大きさとなった場合には、操舵支援制御の実行が解除され、操舵の主権が運転者に戻される。操舵支援制御の下では、舵角が変化する際に、ステアリングホイールの慣性トルクの影響が操舵トルクセンサの出力に現れる。本態様では、その慣性トルクが基準値を超えないと予測される状況下では解除条件として第1条件が用いられる。他方、その慣性トルクが基準値を超えると予測される状況下では解除条件として、第1条件より成立条件が厳しい第2条件が設定される。第2条件が設定される状況下では、操舵トルクセンサの出力が、ステアリングホイールの慣性トルクと運転者による操舵トルクの合成値となる。そのため、その出力は、運転者による操舵トルクより慣性トルクの分だけ大きくなることがある。本態様では、大きな慣性トルクが予測される場合には、成立条件の厳しい第2条件が用いられる。このため、この態様によれば、慣性トルクに影響されることなく、運転者が真に十分な操舵トルクを入力した場合に、適切に操舵支援制御の実行を解除することができる。
本発明の第2の態様によれば、操舵トルクセンサの出力が解除閾値を越えるか否かに応じて解除条件の成否が判定される。そして、第2条件では、標準閾値より大きな大閾値が解除閾値として用いられる。このため、この態様によれば、第2条件を、第1条件より成立条件の厳しい条件とすることができる。
本発明の第3の態様によれば、第2条件では、標準閾値より一定値だけ大きな大閾値が解除閾値とされる。この態様によれば、簡単な処理により、第2条件の成立条件を第1条件の成立条件より厳しくすることができる。
本発明の第4の態様によれば、第2条件で用いられる解除閾値は、予測される慣性トルク分だけ標準閾値より大きな値となる。このような第2条件によれば、慣性トルクの影響を精度良く打ち消して、操舵支援制御の解除に、運転者の意図を正しく反映させることができる。
本発明の第5の態様によれば、操舵トルクセンサの出力が解除閾値を越えている成立時間が解除閾時間を超えるか否かに応じて解除条件の成否が判定される。そして、第2条件では、標準閾時間より長い長閾時間が解除閾時間として用いられる。解除条件は、解除閾時間が長いほど成立し難い。このため、この態様によれば、第2条件を、第1条件より成立条件の厳しい条件とすることができる。
本発明の第6の態様によれば、解除条件を第1条件に設定する処理は、慣性トルクが第2基準値以下となる状態が保持時間を超えた時点で行われる。従って、一旦設定された第2条件は、慣性トルクが基準値を下回る状態となった後も、上記の保持時間が経過するまで維持される。そして、本態様では、予測される慣性トルクが大きいほど保持時間が長く設定される。ステアリングセンサの慣性トルクは、大きな値に到達するほど、基準値以下に収束するのに長い時間を要し易い。本態様によれば、第2条件が第1条件に設定し直される時点を、その収束期間に合わせて変化させることができる。このため、本態様によれば、慣性トルクの影響を適切に排除することができる。
本発明の第7の態様によれば、道路情報から予測される舵角加速度に基づいて慣性トルクの大きさが予測される。ステアリングホイールが生じさせる慣性トルクは、主として舵角加速度により決定される。このため、この態様によれば、慣性トルクの大きさを精度良く予測することができる。
本発明の第8の態様によれば、操舵トルクが慣性トルクと同方向である場合には同方向解除条件が用いられ、両者が逆方向である場合には逆方向解除条件が用いられる。そして、成立条件の厳しい第2条件は同方向解除条件として設定される。操舵トルクが慣性トルクと同方向であれば、操舵トルクセンサには両者の合算値に相当する出力が現れる。この際、本態様では、その合算値が第2条件を満たすか否かに基づいて操舵支援制御の解除が判定される。この判定によれば操舵トルクの影響を排除して、運転者の意図通りに操舵支援制御の実行を解除することができる。
本発明の第9の態様によれば、逆方向解除条件として、成立条件の緩い第3条件が設定される。操舵トルクが慣性トルクと逆方向であれば、操舵トルクセンサの出力は、操舵トルクから慣性トルクを減じた減算値に相当する値となる。この際、本態様では、その減算値が第3条件を満たすか否かに基づいて操舵支援制御の解除が判定される。この判定によれば、操舵トルクの影響を受けることなく、運転者が適度な操舵トルクを入力することで、操舵支援制御の実行を適切に解除することができる。
本発明の第10の態様において、物体検出センサは、車線の境界を示す目的物の検出結果を、道路情報として電子制御ユニットに提供することができる。車線の境界が時系列で検出できれば、操舵支援制御の指令値、並びにステアリングホイールの慣性トルクを算出することができる。このため、本態様における電子制御ユニットは、操舵支援制御及び支援解除処理の実行に必要な情報を物体検出センサから得ることができる。
本発明の第11の態様において、地図情報提供ユニットは、車両の進行方向に延びる領域の地図情報を、道路情報として電子制御ユニットに提供することができる。この道路情報には、車両が走行すべき道路に関する地図情報が含まれる。そして、走行すべき道路に関する地図情報が得られれば、操舵支援制御の指令値、並びにステアリングホイールの慣性トルクを算出することができる。このため、本態様における電子制御ユニットは、操舵支援制御及び支援解除処理の実行に必要な情報を地図情報提供ユニットから得ることができる。
本発明の実施の形態1の構成を示す図である。 図1に示す操舵支援装置を搭載した車両の走路の一例を示す。 操舵支援制御の指令値である目標舵角θtと慣性トルクT(θt’)+T(θt’’)との関係を説明するためのタイミングチャートである。 操舵支援制御の解除条件を定める解除閾値と解除閾時間を説明するための図である。 本発明の実施の形態1において実行されるメインルーチンのフローチャートである。 図5に示すステップ104において実行される処理のフローチャートである。 図5に示すステップ126において実行される処理のフローチャートである。 ステアリングホイールの慣性トルクが発生し難い道路形状を説明するための図である。 ステアリングホイールの慣性トルクが発生し易い走行パターンを説明するための図である。
実施の形態1.
[実施の形態1の構成]
図1は、本発明の実施の形態1の操舵支援装置の構成を示す図である。図1に示す装置はステアリングホイール10を備えている。車両の運転者は、ステアリングホイールを用いて車両の舵角を操作することができる。
ステアリングホイール10には、ステアリングシャフト12が連結されている。ステアリングシャフト12には操舵トルクセンサ14が装着されている。操舵トルクセンサ14は、ステアリングシャフト12に生ずる捩れ量に応じた出力を発する。この出力によれば、ステアリングシャフト12に作用するトルクを検知することができる。
ステアリングシャフト12は、ステアリング機構16に連結されている。ステアリング機構16は、車両の操舵対象車輪18(ここでは、左右前輪とする)に連結されるロッド部材、並びに、ステアリングシャフト12の回転運動を、そのロッド部材の直線運動に変換するためのギア機構を備えている。
ステアリング機構16には操舵アクチュエータ20が組み付けられている。操舵アクチュエータ20は電動機を内蔵しており、外部から与えられる指令値に応じてステアリング機構16を作動させる。操舵アクチュエータ20によれば、運転者の操作に拠らず操舵対象車輪18に指令値に応じた舵角を与えることができる。操舵アクチュエータ20の動作は、操舵対象車輪18のみならずステアリングホイール10にも伝達される。このため、操舵アクチュエータ20が舵角を変化させる際には、その変化に応じた動作がステアリングホイール10にも現れる。
図1に示す装置は、電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)22を備えている。ECU22には、操舵トルクセンサ14の出力(以下、「センサトルク」と称す)が与えられている。また、ECU22は、実現するべき舵角に応じた指令値を操舵アクチュエータ20に提供することができる。
ECU22には更に、GPS(Global Positioning System)ユニット24及び地図情報提供ユニット26が接続されている。ECU22は、GPSユニット24から提供される情報に基づいて、車両の現在位置を知ることができる。地図情報提供ユニット26は、車両の進行方向に延びる領域の地図情報をECU22に提供する。ECU22は、その地図情報に基づいて、車両の進行方向に延びる道路の特徴、具体的には、道路の曲率、車線の幅員などを検知することができる。
本実施形態の装置は、ECU22には、車両の周囲に存在する様々な物体を検出するための物体検出センサを備えている。具体的には、この装置は、物体検出センサとして、カメラ28、LIDAR(Laser Imaging Detection and Ranging)ユニット30及びミリ波レーダユニット32を備えている。これらの物体検出センサによれば、路上の白線やガードレールなど、車線の境界を表す物体を検出することができる。ECU22は、それらの検出結果からも、車両の進行方向に延びる道路の曲率及び幅員などを検知することができる。
[図1に示す装置の基本動作]
本実施形態において、車両の運転者は、図示しない入力インターフェースを用いて、ECU22に対して車線維持のための操舵支援制御を要求することができる。操舵支援制御が開始されると、ECU22は、先ず、GPSユニット24及び地図情報ユニット26から提供される情報に基づいて、或いは、カメラ28等の物体検出センサから提供される情報に基づいて、車両の進行方向に延びる道路の情報を取得する。
次に、ECU22は、取得した道路の情報に基づいて、車両を通過予定エリアの道路に沿って自律的に走行させるための目標舵角を算出する。そして、ECU22は、目標舵角を実現するための指令値を操舵アクチュエータ20に提供する。その結果、操舵対象車輪18の舵角が目標舵角に制御され、自律的な車線維持が達成される。
ECU22は、操舵支援制御の実行中に運転者によってステアリングホイールが意図的に操舵された場合には、操舵支援制御を解除するための支援解除処理を実行する。具体的には、ECU22は、操舵支援制御の実行中に、操舵トルクセンサ14の出力、つまりセンサトルクを監視する。そして、既定の解除条件を満たすセンサトルクが検出された場合には、運転者が意図的に操舵操作を行ったと判断され、操舵支援制御の実行が解除される。これにより、運転者が意図的な操舵操作を行った場合には、操舵の主権を迅速に運転者に戻すことができる。
[ステアリングホイールの慣性トルク]
図2は、本実施形態の操舵支援装置を搭載した車両34の走行ルートの一例を示す。図2に示す走行ルートによれば、車両34は、直線路に続いて旋回路に進入する。そして、旋回路を抜けた後、短い直線路を経てS字路を走行する。
図3は、車両34が操舵支援制御の下で図2に示すルートを走行する際の様子を説明するためのタイミングチャートである。具体的には、図3の最上段は操舵支援制御により算出される目標舵角θtの波形を示す。ECU22は、目標舵角θtに応じた指令値を操舵アクチュエータ20に提供し、操舵アクチュエータ20は、その指令値に従って操舵対象車輪18の舵角を目標舵角θtに制御する。以下、説明の便宜上、操舵支援制御の実行中は、操舵対象車輪18の舵角は目標舵角θtと一致しているものとする。
本実施形態の装置では、目標舵角θtが変化すると、その変化が操舵対象車輪18とステアリングホイール10の双方に反映される。この際、ステアリングシャフト12には、ステアリングホイール10の慣性に起因して、次式で示す慣性トルクTが作用する。
T=−k*θt−C*(θt’)−I*(θt’’) ・・・(1)
上記(1)式においてIはステアリングホイール10の慣性モーメントである。Cはステアリングホイール10の回転に伴う粘性の係数である。kはステアリングホイール10の回転係が示す捩れ方向のばね定数である。θt’は、目標舵角θtの時間微分値、つまり目標の舵角速度である。また、θt’’は、目標舵角θtの2回時間微分値、つまり目標の舵角加速度である。
上記(1)式のkは実質的には無視することができる。このため、本実施形態では、慣性トルクを次式で表すこととする。
T=−C*(θt’) −I*(θt’’)
=−T(θt’)−T(θt’’) ・・・(2)
以下、T(θt’)「角速度トルク」と称し、T(θt’’)を「角加速度トルク」と称する。
図3の第2段及び第3段は、夫々、舵角速度θt’及び舵角加速度θt’’の波形を示す。また、第4段及び第5段は、夫々、角速度トルクT(θt’)及び角加速度トルクT(θt’’)の波形を示す。そして、図3の最下段は、慣性トルクTの波形を示す。
図3において、時刻t0〜t1は、走行ルートの始めに現れる直線路に対応する。この間、目標舵角θtが変化しないことから、慣性トルクT=−T(θt’)−T(θt’’)もゼロに維持される。時刻t1〜t2は、車両34が旋回路に進入して目標舵角θtが旋回に必要な角度に立ち上げられる期間に対応する。この間、図3の最下段に示すように、慣性トルクTには一時的な増減が生ずる。
時刻t2の後、旋回路の走行中は、目標舵角θtが安定する。従って、この間は慣性トルクがほぼゼロに維持される。時刻t3〜t4は、車両34が旋回路を脱出するのに伴い、目標舵角θtがゼロに戻される期間に対応する。この際、ステアリングホイール10が中立位置に戻されるのに伴って、旋回路進入時とは逆向きに慣性トルクTが発生する。
同様に、時刻t5〜t6の期間には、S字路への進入に伴う慣性トルクTが発生する。また、時刻t7〜t8には、S字路における切り替えしに伴う慣性トルクTが発生する。そして、時刻t9〜t10には、S字路からの脱出に伴う慣性トルクTが発生する。
以上説明した通り、車両34において操舵支援制御が実行される間は、道路の曲率が変化する領域で、ステアリングシャフト12に慣性トルクTが作用する。そして、センサトルクには、その慣性トルクTの影響も反映される。
上述した通り、ECU22は、操舵トルクセンサ14が解除条件を満たすトルクを検出すると操舵支援制御を解除する。慣性トルクが生じていない期間は、センサトルクが運転者による操舵トルクと一致する。一方、慣性トルクが生ずる期間では、運転者による操舵トルクと慣性トルクの合算値がセンサトルクとなる。このため、双方の期間で同じ解除条件が用いられると、慣性トルクが生ずる期間では、僅かな操舵トルクが入力されただけで解除条件が成立する事態が生じ得る。
他方、本実施形態において、ECU22は、操舵支援制御の過程で車両34の進行方向に延びる道路の情報を取得し、その情報に基づいて目標舵角θtを計算することができる。また、目標舵角θtを時系列で計算すれば、舵角速度θt’及び舵角加速度θt’’を計算することができる。そして、舵角速度θt’及び舵角加速度θt’’が判れば、角速度トルクT(θt’)及び角加速度トルクT(θt’’) を算出し、慣性トルクTを予測することができる。
そこで、本実施形態では、操舵支援制御の実行中に、車両34の進行に伴って発生する慣性トルクTを事前に予測し、予測した慣性トルクTに基づいて、操舵支援制御の解除条件を適宜切り替えることとした。具体的には、有意な慣性トルクTの発生が予測されない期間中(例えば、図3の時刻t0〜t1)は、解除閾値として標準閾値を用いる第2条件を解除条件として設定する。また、基準値を超える大きな慣性トルクTの発生が予測される期間中(例えば、図3の時刻t1〜t2)は、第1条件より成立条件が厳しい第2条件を解除条件として設定する。
解除条件が、慣性トルクTに応じて上記のように設定されれば、慣性トルクTが生ずる期間中に、僅かな操舵トルクに反応して操舵支援制御が解除されてしまうのを避けることができる。以下、図4乃至図7を参照して、解除条件の変更を含めて、操舵支援制御を適切に解除するためにECU22が実行する処理の内容を詳細に説明する。
[実施の形態1の解除条件]
図4は、操舵支援制御の解除条件を定める解除閾値Thcと解除閾時間Tcを説明するための図である。図4の縦軸は、センサトルクと比較される解除閾値Thcを表している。この縦軸には、第1条件で用いられる標準閾値Thc1と、第2条件で用いられる大閾値Thc2が示されている。図4の横軸は、操舵トルクが解除閾値Thcを越える状態の成立時間と比較される解除閾時間Tcを表している。この横軸には、第1条件で用いられる標準閾時間Tc1と、第2条件で用いられる長閾時間Tc2が示されている。
解除条件として第1条件が用いられる場合は、下記条件の成否が判断される。
(1)センサトルクが標準閾値Thc1を越えているか。
(2)その出力がThc1を超える状態が標準閾時間Tc1を越えて継続しているか。
両者が成立する場合は、運転者によって有意な操舵トルクが入力されていると判断され、解除条件の成立が認められる。
解除条件として第2条件が用いられる場合は、下記条件の成否が判断される。
(1)センサトルクが大閾値Thc2を越えているか。
(2)その出力がThc2を超える状態が長閾時間Tc2を越えて継続しているか。
両者が成立する場合は、運転者によって有意な操舵トルクが入力されていると判断され、解除条件の成立が認められる。
第2条件では、標準閾値Thc1より大きな大閾値Thc2が用いられる。このため、第2条件の成立には、第1条件の成立に必要なセンサ出力より大きな出力が必要となる。従って、第2条件は、第1条件より成立条件の厳しいものとなる。また、第2条件では、標準閾時間Tc1より長い長閾時間Tc2が用いられる。このため、第2条件が成立するためには、第1条件の成立に必要な時間より長い時間に渡ってセンサトルクが大きな値を維持する必要がある。この点においても、第2条件は、第1条件より成立し難い。
有意な慣性トルクが発生する期間において、解除条件として第2条件が用いられれば、僅かな操舵トルクが入力されただけで、センサトルクが解除閾値(大閾値Thc2)を超えてしまうのを避けることができる。また、慣性トルクの影響でセンサトルクが一時的に解除閾値を越えても、操舵トルクが小さなものであれば、その状態が長閾時間Tc2に渡って継続することはない。このため、第2条件によれば、有意な慣性トルクが生ずる状況下で、慣性トルクの影響により不当に解除条件が成立してしまうのを避けることができる。
他方、第1条件の標準閾値Thc1と標準閾時間Tc1は、操舵介入を意図した操舵トルクが入力されれば、解除条件が成立するような値に設定されている。このため、基準値を超える慣性トルクが生じない期間に、解除条件として第1条件が設定されれば、運転者の意図通りに操舵支援制御を解除することができる。
[ECUによる処理]
図5は、上記の機能を実現するためにECU22が実行するメインルーチンのフローチャートである。図5に示すルーチンは、車両の運転者に操舵支援制御の実行が指令された後、所定の周期で切り返し実行される。
図5に示すルーチンが起動されると、操舵支援制御の実行に必要な自動操舵情報が取得される(ステップ100)。ここでは先ず、地図情報等に基づいて車両34の進行方向に延びる道路の曲率が取得される。より具体的には、車両34の所定距離(例えば30m)前方における道路の曲率が取得される。次いで、その曲率に沿って車両34を走行させるための目標舵角θtが算出される。
次に、上記ステップ100で算出した目標舵角θtに基づいて、上記(2)式に従って、ステアリングホイール10の慣性トルクTが演算される(ステップ102)。この処理によれば、車両34が所定距離(例えば30m)前方に到達した際に発生する慣性トルクTを予測することができる。
次に、解除閾値の変更処理が行われる(ステップ104)。
図6は、ステップ104において実行される処理のフローチャートを示す。ステップ104の処理は、図6に示すフローチャートに沿って進められる。
図6に示すフローチャートでは、先ず、上記ステップ102で取得した慣性トルクTの予測値の絶対値が基準値を超えているか否かが判別される(ステップ110)。
例えば、車両34が直線路を走行している場合は、絶対値が基準値を超えるような慣性トルクTは生じないため、この判別は否定される。この場合、次に、慣性トルクTの予測値の絶対値が、第2基準値を下回るか否かが判別される(ステップ112)。第2基準値は、一旦立ち上がった慣性トルクTの絶対値が小さな値に低減したか否かを判断するための判定値である。本実施形態では、基準値より小さな第2基準値を設定して慣性トルクTの絶対値の低減を判断することとしている。しかしながら、第2基準値を設けずに、基準値以下となったら慣性トルクTの絶対値が小さな値に低減したと判断することとしてもよい。この場合は、本ステップ112を省略することができる。
車両34が直線路を走行しており、慣性トルクTの絶対値が未だ立ち上がっていない状況下では、当然に本ステップ10の判断も否定される。この場合、後述する継続時間の計数値がリセットされた後(ステップ114)、図6に示す処理が終了される。
車両34が旋回路又はS字路に差し掛かる段階では、慣性トルクTの予測値の絶対値が基準値を超える値に立ち上がることがある。この場合、ステップ110の条件が成立し、解除閾値に大閾値Thc2がセットされる(ステップ116)。
車両34が旋回路又はS字路に進入した後は、目標舵角θtが安定値に近づくに連れ、慣性トルクTの絶対値も小さな値に減少する。この減少の過程で未だ慣性トルクTの絶対値が第2基準値を上回っている間は、ステップ112の判定が否定される。この場合、ステップ114の処理を経て、解除閾値が大閾値Thc2に維持されたまま、図6に示す処理が終了される。
目標舵角θtがカーブの曲率に合った値に収束し、慣性トルクTの絶対値が十分に小さな値に減少すると、ステップ112において、その絶対値が第2基準値を下回ると判断される。この場合、次に、その状態の継続時間がカウントされる(ステップ118)。
次いで、その継続時間が保持時間を上回るか否かが判別される(ステップ120)。本ステップで用いる「保持時間」は、一旦立ち上がった慣性トルクTの絶対値が小さな値に減少した後、操舵支援制御の解除条件として、第2条件を維持しておくべき時間である。目標舵角θtが大きく変化した後ある程度の期間は、慣性トルクTに変動が生ずることがある。操舵支援の解除を誤判定しないためには、この期間も、成立条件の厳しい第2条件が解除条件とされていることが望ましい。
本実施形態では、上記ステップ120の判別が成立しない場合は、その後速やかに図6に示す処理が終了され、解除条件として第2条件が維持される。そして、継続時間が保持時間を越えると、解除閾値に標準閾値Thc1がセットされ、解除条件が第1条件に戻される(ステップ122)。
再び図5を参照して説明を続ける。図5に示すルーチンにおいて、ステップ104の処理が終わると、次に、解除閾時間Tcの変更処理が行われる(ステップ124)。解除閾時間Tcの変更処理は、解除閾値Thcの変更処理、即ち図6に示す処理と同様に行われる。具体的には、慣性トルクTの予測値の絶対値が基準値を超えると判断されると解除閾時間Tcに長閾時間Tc2がセットされる(ステップ110及び116参照)。その後、慣性トルクTの予測値の絶対値が第2基準値を下回る状態が保持時間を越えて継続すると、解除閾時間Tcが標準閾時間Tc1に戻される(ステップ112〜122参照)。
上記の処理が終わると、次に、支援解除判定が実行される(ステップ126)。
図7は、ステップ126において実行される処理のフローチャートを示す。ステップ126の処理は、図7に示すフローチャートに沿って進められる。
図7に示すフローチャートでは、先ず、操舵トルクセンサ14の出力に相当するセンサトルクの絶対値が、解除閾値Thcを越えているか否かが判別される(ステップ128)。具体的には、第1条件の下では、センサトルクの絶対値が標準閾値Thc1と比較される。また、第2条件の下では、センサトルクの絶対値が大閾値Thc2と比較される。
センサトルクの絶対値が解除閾値Thcを越えていないと判別された場合は、運転者による操舵介入が生じていないと判断することができる。この場合、先ず、後述する成立時間の計数値がリセットされる(ステップ130)。次いで、解除フラグがOFFとされる(ステップ132)。これらの処理が終わると図7に示す今回の処理が終了される。
上記ステップ128で、絶対値が解除閾値Thcを越えるセンサトルクの発生が認められた場合は、次に、その状態の成立時間がカウントされる(ステップ134)。
次いで、その成立時間が解除閾時間Tcを越えているか否かが判別される(ステップ136)。具体的には、第1条件の下では、成立時間が標準閾時間Tc1と比較される。また、第2条件の下では、成立時間が長閾時間Tc2と比較される。
その結果、センサトルクの絶対値が解除閾値Thcを越える状態の成立時間が解除閾時間Tcを越えていないと判別された場合は、運転者による操舵介入が認識できないと判断される。この場合、ステップ132の処理が実行された後、図7に示す処理が終了される。一方、ステップ136の判別が肯定される場合は、運転者による操舵介入が生じていると判断できる。この場合、解除フラグがONとされた後、図7に示す処理が終了される。
図5に示すルーチンでは、ステップ126の処理に続いて、支援解除条件が成否が判定される(ステップ128)。具体的には、操舵支援制御の解除フラグがONであるか否かが判別される。
その結果、解除フラグがONであれば、操舵支援制御の実行が解除される(ステップ130)。一方、解除フラグがOFFであれば、操舵支援制御の実行が継続される(ステップ132)。
以上説明した通り、本実施形態の装置によれば、無視できない慣性トルクTの発生が予測される状況下では、そのような慣性トルクTの発生が予測されない場合に比して、操舵支援制御の解除条件を厳しくすることができる。このため、この装置によれば、ステアリングホイール10の慣性トルクに影響されることなく、カーブの曲率が変化する状況下でも、運転者の意図通りに操舵支援制御を継続し、又は解除することができる。
[実施の形態1の変形例等]
(変形例1)
ところで、上述した実施の形態1では、慣性トルクTの絶対値が第2基準値を下回った後、解除条件を第2条件(大閾値Thc2及び長閾時間Tc2)のまま維持する保持時間を固定値としている(ステップ120参照)。一旦立ち上がった慣性トルクTの絶対値が十分に小さな値に落ち着くまでには、その慣性トルクTを生み出した操舵角が大きいほど長い時間を要する。このため、解除条件を第2条件に維持する保持時間は、進入予定のカーブの曲率が大きいほど、或いは目標舵角θtが大きいほど、長い時間に設定することとしてもよい。
(変形例2)
また、上述した実施の形態1では、ステアリングホイール10の慣性トルクTを、角速度トルクT(θt’)と角加速度トルクT(θt’’)の合算値としているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、角速度トルクT(θt’)を省略して、角加速度トルクT(θt’’)のみを基礎として慣性トルクTを推定することとしてもよい。
(変形例3)
また、上述した実施の形態1では、慣性トルクTの向きを考慮することなく、左右の操舵トルクに対して同一の解除条件を当て嵌めることとしている。例えば、車両が操舵支援制御によって左方向に向きを変えている場合、ステアリングホイール10の慣性トルクTは、右回りのトルクとしてステアリングシャフト12に作用する。実施の形態1では、この場合に、右方向の操舵トルクに対しても、左方向の操舵トルクに対しても、解除条件として一律に第2条件が設定される。
運転者が右方向に操舵を介入させた場合は、操舵トルクの方向が慣性トルクの方向と同じであるため、操舵トルクセンサ14の出力は両者の合算値となる。従って、この方向の解除条件としては、成立の厳しい第2条件を設定することが適切である。
一方、右回りの慣性トルクが生じている状況下で運転者が左方向に操舵を介入させた場合は、慣性トルクの分だけ操舵トルクが打ち消され、操舵トルクセンサ14の出力は、操舵トルクから慣性トルクを減じた値となる。この場合に第2条件が設定されると、解除を成立させるために、大閾値Thc2より更に慣性トルク分だけ大きな操舵トルクが必要となる。この点、実施の形態1の装置は、慣性トルクと逆方向に操舵が介入される際には支援制御が解除され難いという特性を示す。
この特性は、例えば、慣性トルクTと同方向の操舵に適用する同方向解除条件と、逆方向の操舵に適用する逆方向解除条件を区別して設定することで解消することができる。例えば、基準値を超える慣性トルクTの発生が予測された場合に、同方向解除条件には成立の厳しい第2条件を設定し、逆方向解除条件は第1条件をそのまま適用することとしてもよい。
更には、逆方向解除条件として、第1条件より更に成立の容易な第3条件を設定してもよい。具体的には、第3条件の解除閾値Thcを、標準閾値Thc1より小さな小閾値Thc3としてもよい。また、第3条件の解除閾時間Tcを、標準閾時間Tc1より短い短閾時間Tc3としてもよい。
(変形例4)
また、上述した実施の形態1では、操舵支援制御の解除条件として、解除閾値Thcと解除閾時間Tcの2つを設定することとしているが、解除閾値Thcのみで解除条件を判断してもよい。具体的には、センサトルクの絶対値が解除閾値Thcを越えるか否かのみに基づいて解除条件の成否を判断してもよい。
(変形例5)
また、上述した実施の形態1では、基準値を超える慣性トルクTの有無に応じて、解除閾値Thc及び解除閾時間Tcの双方を変化させることとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、解除閾時間Tcを固定して、解除閾値Thcだけを切り替えることとしてもよい。或いは、解除閾値Thcを固定して、解除閾時間Tcだけを切り替えることとしてもよい。
(変形例6)
また、上述した実施の形態1では、大閾値Thc2を、標準閾値Thc1より一定値だけ大きな値に設定しているが、大閾値Thc2の設定手法はこれに限定されるものではない。図5に示すステップ102では、慣性トルクTを時々刻々予測することができる。この慣性トルクTの絶対値の大きさに基づいて閾値加算量を演算し、その閾値加算量を標準閾値Thc1に加えることで大閾値Thc2を算出することとしてもよい。更に、ステップ102においては、車両前方のある程度の区間(例えば30m〜50m)の全域について慣性トルクTを予測してもよい。この場合は、予測された慣性トルクTの絶対値の最大値を閾値加算量として、その区間で用いる大閾値Thc2を算出してもよい。この手法によれば、大閾値Thc2を頻繁に変化させることなく、安定的に解除判定を進めることが可能となる。
(変形例7)
また、上述した実施の形態1では、道路情報を提供する情報提供ユニットとして、GPSユニット24及び地図情報ユニット26の組みに加えて、カメラ28等の物体検出センサを備えている。しかしながら、これらは常に併用を要するものではない。例えば、情報提供ユニットとしては、GPSユニット24と地図情報ユニット26のみを用いることとしてもよい。或いは、カメラ28等の物体検出センサのみを情報提供ユニットとして用いることとしてもよい。
(変形例8)
また、上述した実施の形態1では、目標舵角θtから慣性トルクTを算出した上で解除条件の切り換えを行っているが、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、ステアリングホイール10の慣性トルクTは、目標舵角θtから算出することなく、道路の曲率や形状から有る程度推測することができる。
図8は、ステアリングホイール10が慣性トルクTを発生させ難い道路形状を例示している。図8に示すような単調な直線路36や旋回路38,40では、ステアリングホイール10の舵角が変化しないため、有意な慣性トルクTが発生しない。
一方、図9は、ステアリングホイール10が慣性トルクTを生じさせ易い車両の走行パターンを例示している。図9中に符号42で示す領域では、直線路が旋回路に変化している。また、符合44で示す領域では、旋回路が直線路に変化している。そして、符号46で示す領域は、S字路の切り返し部分をあらわしている。これらの領域42、44,46では、ステアリングホイール10に大きな回転が生ずるため、絶対値の大きな慣性トルクTが生ずる。そして、S字路の切り返し部分に相当する領域46では、他の領域42、44に比して更に大きな慣性トルクTが生ずる。
図8及び図9を参照して例示した通り、操舵支援制御の実行中にステアリングホイール10が生じさせる慣性トルクTは、走行ルートの形状から有る程度推測することができる。このため、旋回路の進入領域、旋回路からの脱出領域、S字路の切り返し領域などの特徴的な形状につき、予め慣性トルクTを割り振っており、走行ルートの形状から慣性トルクTを読み出すこととしてもよい。
(用語の対応)
ところで、上述した実施の形態1では、ステップ102及びステップ110の処理が前記第1の態様における「慣性予測処理」に相当している。また、ステップ112〜122の処理が前記第1の態様における「第1条件設定処理」に、ステップ116の処理が第1の態様における「第2条件設定処理」に、夫々相当している。
10 ステアリングホイール
12 ステアリングシャフト
14 操舵トルクセンサ
16 ステアリング機構
18 操舵対象車輪
20 操舵アクチュエータ
22 電子制御ユニット(ECU)
24 GPSユニット
26 地図情報ユニット
28 カメラ
30 LIDARユニット
32 ミリ波レーダユニット

Claims (11)

  1. 車両の運転者が操舵トルクを入力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の回転を操舵対象車輪の舵角に変換するステアリング機構と、
    指令値に応じた舵角が生ずるように前記ステアリング機構を駆動する操舵アクチュエータと、
    前記ステアリングシャフトに作用するトルクを検知する操舵トルクセンサと、
    車両の進行方向に延びる通過予定エリアの道路情報を提供する情報提供ユニットと、
    前記操舵トルクセンサの出力及び前記道路情報に基づいて前記操舵アクチュエータを制御する電子制御ユニットと、を備え、
    前記電子制御ユニットは、
    前記道路情報に基づいて、前記車両を前記通過予定エリアに沿って走行させるための前記指令値を演算し、当該指令値を前記操舵アクチュエータに提供する操舵支援制御と、
    前記操舵トルクセンサの出力が解除条件を成立させる大きさとなった場合に前記操舵支援制御の実行を解除する支援解除処理と、
    前記操舵支援制御の下で前記ステアリングホイールが生じさせる慣性トルクの大きさを前記道路情報に基づく目標舵角から予測し、前記慣性トルクが基準値を超えるか否かを、前記道路情報に基づいて予測する慣性予測処理と、
    前記慣性トルクが前記基準値を超えないと予測される状況下で、前記解除条件として第1条件を設定する第1条件設定処理と、
    前記慣性トルクが前記基準値を超えると予測される場合に、前記第1条件より成立条件の厳しい第2条件を、前記解除条件として設定する第2条件設定処理と、
    を実行することを特徴とする操舵支援装置。
  2. 前記支援解除処理は、前記操舵トルクセンサの出力が解除閾値を越える場合に前記解除条件の成立を判定する処理を含み、
    前記第1条件設定処理は、前記解除閾値として標準閾値を設定する処理を含み、
    前記第2条件設定処理は、前記解除閾値として、前記標準閾値より大きな大閾値を設定する処理を含むことを特徴とする請求項1に記載の操舵支援装置。
  3. 前記大閾値は、前記標準閾値より一定値だけ大きな値であることを特徴とする請求項2に記載の操舵支援装置。
  4. 前記慣性予測処理は、前記道路情報に基づいて前記慣性トルクの大きさを予測する処理を含み、
    前記第2条件設定処理は、
    前記慣性トルクの大きさに基づいて閾値加算量を演算する処理と、
    前記標準閾値に前記閾値加算量を加えて前記大閾値を算出する処理と、を含むことを特徴とする請求項2に記載の操舵支援装置。
  5. 前記支援解除処理は、
    前記操舵トルクセンサの出力が解除閾値を越えるか否かを判断する処理と、
    前記出力が前記解除閾値を越えた状態の成立時間が解除閾時間を超える場合に、前記解除条件の成立を判定する処理と、を含み、
    前記第1条件設定処理は、前記解除閾時間として標準閾時間を設定する処理を含み、
    前記第2条件設定処理は、前記解除閾時間として、前記標準閾時間より長い長閾時間を設定する処理を含むことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の操舵支援装置。
  6. 前記第1条件設定処理は、
    前記慣性トルクが前記基準値を超えないと予測される状況下で、前記慣性トルクが前記基準値以下の値を持つ第2基準値以下となる状態の継続時間をカウントする処理と、
    前記継続時間が保持時間を超えたか否かを判断する処理と、を含み、
    前記解除条件として前記第1条件を設定する処理は、前記継続時間が前記保持時間を越えた時点で実行され、
    前記慣性予測処理は、前記道路情報に基づいて前記慣性トルクの大きさを予測する処理を含み、
    前記電子制御ユニットは、予測される前記慣性トルクが大きいほど、前記保持時間を長く設定する処理を更に実行することを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の操舵支援装置。
  7. 前記慣性予測処理は、
    前記道路情報に基づいて、車両に要求される舵角加速度を予測する処理と、
    前記舵角加速度に基づいて前記慣性トルクの大きさを予測する処理と、を含むことを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の操舵支援装置。
  8. 前記解除条件は、
    前記慣性トルクの方向と同じ向きの操舵トルクに対して用いられる同方向解除条件と、
    前記慣性トルクの方向と逆向きの操舵トルクに対して用いられる逆方向解除条件と、を含み、
    前記第2条件は、前記同方向解除条件として設定されることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の操舵支援装置。
  9. 前記電子制御ユニットは、前記慣性トルクが前記基準値を超えると予測される場合に、第1条件より容易に成立する第3条件を、前記逆方向解除条件として設定する第3条件設定処理を更に実行することを特徴とする請求項8に記載の操舵支援装置。
  10. 前記情報提供ユニットは、車線の境界を示す目的物を検出する物体検出センサを含み、
    前記道路情報は、当該物体検出センサによる前記目的物の検出結果を含むことを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載の操舵支援装置。
  11. 前記情報提供ユニットは、車両の進行方向に延びる領域の地図情報を提供する地図情報提供ユニットを含み、
    前記道路情報は、車両が走行すべき道路に関する地図情報を含むことを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載の操舵支援装置。
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