JP6863011B2 - 操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動運転車両に用いて好適な操舵制御装置に関し、詳しくは、車両を目標走行経路に沿って走行させるようにステアリング機構をモータにより自動で操作することが可能な操舵制御装置に関する。

運転者にステアリング機構を操作させる手動操舵制御と、ステアリング機構をモータにより自動で操作する自動操舵制御とを切り替え可能な操舵制御装置が研究・開発されている。自動操舵制御では、車両を目標走行経路に追従させるための追従制御が行われ、手動操舵制御から自動操舵制御への切り替えの際には、車両を目標走行経路に復帰させるための自動操舵が行われる。手動操舵制御において車両が目標走行経路から大きく逸脱していた場合、自動操舵制御への切り替えの際には、車両を目標走行経路に復帰させるための急な操舵が行なわれることで車両挙動やステアリング挙動の乱れが生じうる。なお、車両の挙動とは例えば横加速度やヨーレートの変化を意味し、ステアリングの挙動とは例えば舵角や舵角速度或いは舵角角速度の変化を意味する。

挙動の乱れを抑える方法の１つとして、追従制御における制御ゲインを小さくすることが挙げられる。例えば、特開２００７−０３０６１２号公報には、電動パワーステアリング装置を用いた車線維持支援制御において、車両が車線の所定位置を走行するためのモータトルクを、走行経路に対する車両のオフセットと目標オフセットとの偏差、および、ヨー角と目標ヨー角との偏差に基づくＰＩＤ制御によって算出することが記載されている。自動操舵制御に係る追従制御にも、このようなＰＩＤ制御或いはＰＩ制御を適用可能である。その場合、ＰＩＤ制御或いはＰＩ制御の制御ゲインを小さくすれば、車両の走行経路は徐々に目標走行経路へ収束するようになるので、車両挙動やステアリング挙動の乱れは抑えられる。

しかし、追従制御における制御ゲインを小さくすると、車両に対して外乱が作用した場合、その外乱に対する操作量の修正も小さくなってしまう。つまり、外乱に対するロバスト性が低下してしまう。このため、横風等の外乱が車両に作用した場合、その外乱の影響を受けて車両挙動やステアリング挙動が乱れたり、車両の目標走行経路からの逸脱が大きくなったりしてしまう。

特開２００７−０３０６１２号公報

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、手動操舵制御から自動操舵制御への切り替え後、外乱の影響を抑えながら車両を目標走行経路へ滑らかに追従させることができる操舵制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る操舵制御装置は、運転者にステアリング機構を操作させる手動操舵制御と、ステアリング機構をモータにより自動で操作する自動操舵制御とを切り替え可能な操舵制御装置である。本発明に係る操舵制御装置は、自動操舵制御が選択されているときには、目標走行経路を取得し、実際の車両の走行経路と目標走行経路との差がなくなるように舵角指令値を算出し、算出した舵角指令値に実際のステアリング角度を追従させるようにモータを駆動する舵角指令追従制御を行うように構成されている。さらに、本発明に係る操舵制御装置は、上記目的を達成するため、手動操舵制御から自動操舵制御へ切り替える場合、自動操舵制御の開始時のステアリング角度と自動操舵制御の開始時の舵角指令値とに基づいて、舵角指令追従制御で用いる舵角指令値を、自動操舵制御への切り替え後の実際のステアリング角度に相当する値から自動操舵制御の開始時の舵角指令値へ徐々に変化させるように、再計算することを実行するように構成される。

このような構成によれば、手動操舵制御から自動操舵制御へ切り替えられたときの車両の走行経路が目標走行経路から離れていたとしても、車両を目標走行経路に復帰させるための急な操舵は行われない。実際の車両の走行経路と目標走行経路との差をなくすように舵角指令値が算出されるが、自動操舵制御への切り替え後の実際のステアリング角度は舵角指令値へ徐々に変化させられるので、車両の走行経路は徐々に目標走行経路へ収束するようになり、車両挙動やステアリング挙動の乱れは抑えられる。また、舵角指令追従制御の制御ゲインを小さくする等の手法をとっていないので、車両に対して外乱が作用した場合には、舵角指令追従制御の作用によって車両挙動やステアリング挙動への外乱の影響を抑えることができる。

舵角指令追従制御で用いる舵角指令値を再計算する方法としては、例えば、自動操舵制御の開始時のステアリング角度と自動操舵制御の開始時の舵角指令値との差分に対して、フィルタ処理或いはレートリミッタ処理を施す方法を用いてもよい。また、車両挙動及びステアリング挙動を許容範囲に収めながら、自動操舵制御の開始から所定時間が経過するまでに実際の車両の走行経路と目標走行経路とを一致させるように、舵角指令追従制御で用いる舵角指令値の再計算をしてもよい。

舵角指令追従制御で用いる舵角指令値を再計算する場合、再計算された舵角指令値に対する実際のステアリング角度の追従性を高めるように舵角指令追従制御のゲインを調整してもよい。また、舵角指令追従制御で用いる舵角指令値を再計算している間は、舵角指令追従制御の積分項に含まれる積分値の更新を停止するか、或いは、同積分値をリセットしてもよい。

手動操舵制御から自動操舵制御への切り替えの要求を受けた場合、目標走行経路に対する現在の車両の走行経路の逸脱度が所定の上限値以上であるか判定し、逸脱度が所定の上限値以上である場合、自動操舵制御への切り替えを中止して手動操舵制御を続行するようにしてもよい。目標走行経路に対して現在の車両の走行経路が極端に逸脱している場合、自動操舵制御への切り替え後の実際のステアリング角度を舵角指令値へ徐々に変化させること自体が難しいこともあり得る。そのような場合は無理に自動操舵制御へ切り替えないことで、車両挙動やステアリング挙動の乱れを防ぐことができる。

本発明に係る操舵制御装置によれば、手動操舵制御から自動操舵制御への切り替え後、外乱の影響を抑えながら車両を目標走行経路へ滑らかに追従させることができる。

本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置の構成を示すブロック図である。 操舵制御装置の経路差判定部の機能を説明する図である。 操舵制御装置の舵角指令再計算部の機能を説明する図である。 操舵制御装置の舵角指令再計算部による舵角指令値の再計算方法を例示する図である。 操舵制御装置の舵角指令追従制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る自動操舵制御の開始時の制御フローを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る自動操舵制御の制御結果と比較例による制御結果とを並べて示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

１．車両用操舵装置の構成
本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置は、自動運転車両に搭載される車両用操舵装置である。本実施の形態に係る自動運転車両は、運転者の操縦による手動運転とコンピュータによる自動運転とを切り替え可能であり、手動運転では運転者にステアリング機構を操作させる手動操舵制御が行われ、自動運転ではステアリング機構をモータにより自動で操作する自動操舵制御が行われる。図１は、本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置の構成を示す図である。まず、図１を用いて車両用操舵装置１００の構造系について説明する。

車両用操舵装置１００は、運転者による操作のための操舵ハンドル２と、転舵輪である左右の前輪６，６とを連結するステアリング機構４とを備える。ステアリング機構４は、操舵ハンドル２の回転操作が入力されるステアリングコラムシャフト、ステアリングコラムシャフトに入力された回転操作によって生じる操作力を増大するためのギヤ機構、ギヤ機構から伝達される操作力を左右の前輪６，６に伝達するリンク機構を備える。ステアリング機構４を構成する各機構の具体的な構成に限定はない。

車両用操舵装置１００は、電流の供給を受けてトルクを発生させ、発生させたトルクをステアリング機構４に付与するモータ８を備える。図１では、車両用操舵装置１００は、モータ８のトルクをギヤ機構のラックに伝達するラックアシスト型の電動パワーステアリング装置として構成されているが、コラムアシスト型やピニオンアシスト型等、他の形式の電動パワーステアリング装置として構成されてもよい。モータ８はモータドライバ１０から電力の供給を受けて駆動される。

次に、車両用操舵装置１００の制御系について説明する。

車両用操舵装置１００は、操舵制御に関連する物理量を計測するための複数のセンサを備える。ステアリング機構４には、ステアリング角度を計測するステアリング角度センサ１２が取り付けられている。ステアリング角度センサ１２は、詳しくは、ピニオンの回転角度をステアリング角度として計測する。車両用操舵装置１００は、ステアリング角度センサ１２に加えて、図示しない車速センサ、加速度センサ、ヨーレートセンサ等、自車両の走行状態に関する情報を取得するセンサを備える。さらに、車両用操舵装置１００は、自車両の位置情報を取得するためのＧＰＳ装置や、カメラ、レーダー、ライダー等の自車両の外部状況に関する情報を取得するためのセンサを備える。ただし、こうした各種のセンサは車両用操舵装置１００による操舵制御のための専用品である必要はなく、その他の装置との間で共用されるものであってよい。

車両用操舵装置１００は、モータドライバ１０に電流指令値（或いはトルク指令値）を与える操舵制御装置２０を備える。操舵制御装置２０は、モータドライバ１０に与える電流指令値を調整することにより、モータ８からステアリング機構４に付与される操舵トルクを制御するように構成されている。操舵制御に関連する物理量を計測する各種のセンサは、直接、或いは、車両内に構築された通信ネットワークを介して操舵制御装置２０に接続されている。操舵制御装置２０は、少なくとも１つのメモリと少なくとも１つのプロセッサとを有するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。メモリには、操舵制御に用いる各種のプログラムやマップを含む各種のデータが記憶されている。プロセッサがメモリからプログラムを読みだして実行することにより、操舵制御装置２０には操舵制御に関係する様々な機能が実現される。

２．操舵制御装置が備える機能の概要
操舵制御装置２０により実施される操舵制御には、運転者に操舵ハンドル２を介してステアリング機構４を操作させる手動操舵制御と、ステアリング機構４をモータ８により自動で操作する自動操舵制御とが含まれる。手動操舵制御と自動操舵制御との切り替えは、基本的には運転者のスイッチ操作によって行われる。ただし、自動操舵制御が続けられなくなった場合には、操舵制御装置２０によって手動操舵制御への切り替えが行われる場合がある。また、自動操舵制御の開始条件が整っていない場合には、操舵制御装置２０によって自動操舵制御への切り替えが拒否される場合もある。

操舵制御装置２０による手動操舵制御には、運転者のハンドル操作をモータ８のトルクによって補助する操舵補助制御が含まれる。さらに、手動操舵制御には、運転者が操舵ハンドル２を戻し方向に操作するのを補助するハンドル戻し制御や、車線の中央付近を走行しやすいように運転者のハンドル操作を支援する車線維持支援制御等も含まれる。これらの制御については、既に多くの公知文献においてその制御方法が提案されているため、本明細書ではその詳細について説明することはしない。

操舵制御装置２０による自動操舵制御では、上位の制御装置から目標走行経路を取得し、実際の車両の走行経路と目標走行経路との差がなくなるようにモータ８に供給する電力を制御することが行われる。図１には、自動操舵制御に関係する操舵制御装置２０の機能がブロックで描かれている。図１中にブロックで描かれているように、操舵制御装置２０は、目標走行経路追従制御部２２、舵角指令選択部２４、舵角指令追従制御部２６、経路差判定部２８、及び舵角指令再計算部３０を備える。操舵制御装置２０が備えるこれらの部２２，２４，２６，２８，３０は、操舵制御装置２０のメモリに記憶されたプログラム或いはその一部に対応している。プログラムがメモリから読みだされてプロセッサで実行されることによって、これらの部２２，２４，２６，２８，３０の機能が操舵制御装置２０にて実現される。以下、各部２２，２４，２６，２８，３０の機能について目標走行経路追従制御部２２から順に説明する。

３．操舵制御装置が備える機能の詳細
目標走行経路追従制御部２２は、上位の制御装置から目標走行経路を取得するとともに、車速センサ、加速度センサ、ヨーレートセンサ、カメラ、ＧＰＳ装置等から現在の車両状態に関する情報を取得する。そして、取得した目標走行経路と現在の車両状態とに基づき、車両を目標走行経路に追従させるために必要な舵角、つまり、実際の車両の走行経路と目標走行経路との差をなくすための舵角を計算し、それを舵角指令値として出力する。目標走行経路追従制御部２２では、一定の応答性をもって実際の走行経路を目標走行経路に収束させるように舵角指令値が計算される。なお、車両を目標走行経路に追従させるための舵角指令値の計算方法については、既に多くの公知文献においてその計算方法が提案されているため、本明細書ではその詳細について説明することはしない。

舵角指令選択部２４は、目標走行経路追従制御部２２で計算された舵角指令値と、後述する舵角指令再計算部３０で再計算された舵角指令値とを取り込む。また、舵角指令選択部２４には、運転者のスイッチ操作に応じて発せられる制御オン／オフ信号と、後述する経路差判定部２８から発せられる開始許可／禁止信号とが入力される。制御オン／オフ信号は、運転者が手動操舵制御から自動操舵制御へ切り替えるようにスイッチ操作したときにオンになり、運転者が自動操舵制御から手動操舵制御へ切り替えるようにスイッチ操作したときにオフになる信号である。開始許可／禁止信号は、自動操舵制御の開始を許可するか禁止するかを情報として有する信号である。

舵角指令選択部２４は、制御オン／オフ信号がオンの場合、取り込んだ舵角指令値を出力するが、開始許可／禁止信号が禁止状態である場合には舵角指令値の出力を中止する。舵角指令選択部２４が出力する舵角指令値は、基本的には、目標走行経路追従制御部２２で計算された舵角指令値（以下、舵角指令値のオリジナル値と呼ぶ場合もある）である。舵角指令再計算部３０で再計算された舵角指令値が取り込まれた場合に限り、再計算された舵角指令値（以下、舵角指令値の再計算値と呼ぶ場合もある）が出力される。

舵角指令追従制御部２６は、舵角指令選択部２４から舵角指令値を取り込むとともに、ステアリング角度センサ１２から実際のステアリング角度を取り込み、舵角指令値と実際のステアリング角度とに基づいて舵角指令追従制御を行う。舵角指令追従制御は、舵角指令値に実際のステアリング角度を追従させるようにモータ８を駆動する制御であって、フィードフォワード制御とフィードバック制御とからなる。舵角指令追従制御部２６の機能については、追ってより詳細に説明する。

経路差判定部２８は、目標走行経路と現在の車両状態とを取得する。また、経路差判定部２８には、運転者のスイッチ操作に応じて発せられる制御オン／オフ信号が入力される。経路差判定部２８は、制御オン／オフ信号がオフからオンに切り替わったとき、つまり、手動操舵制御から自動操舵制御への切り替えの要求が運転者からあったとき、目標走行経路と現在の車両の走行経路との経路差を計算し、経路差が閾値よりも大きいかどうかの判定を行う。本明細書における経路差とは、目標走行経路に対する現在の車両の走行経路の逸脱度を意味する。この逸脱度の内容について図２を用いて説明する。

図２には、自動操舵制御の開始が要求された時の車両状態と現在の走行経路が実線で描かれ、目標走行経路が点線で描かれている。逸脱度を示すパラメータとしては、例えば、車両から目標走行経路までの距離（最小距離）Ｚと、車両から目標走行経路へ引いた距離が最小の点における接線と車両の進行方向との偏角θを挙げることができる。距離Ｚが大きいほど現在の走行経路は目標走行経路から大きく逸脱していると言え、また、偏角θが大きいほど現在の走行経路は目標走行経路から大きく逸脱していると言える。経路差判定部２８は、取得した目標走行経路と現在の車両状態とに基づいて距離Ｚと偏角θとを計算し、距離Ｚと偏角θとの関数で表される逸脱度を計算する。

図１に戻り、経路差判定部２８についての説明を続ける。経路差判定部２８は、計算した経路差（逸脱度）と比較するための２つの閾値を有している。閾値１は、手動操舵制御から自動操舵制御への切り替えが許容される経路差の上限値である。目標走行経路に対して現在の車両の走行経路が極端に逸脱している場合、後述する舵角指令値の再計算を行なったとしても車両挙動やステアリング挙動の乱れを防げないおそれがある。経路差判定部２８は、経路差が閾値１以上の場合、自動操舵制御の開始を禁止する信号を舵角指令選択部２４へ出力し、経路差が閾値１より小さい場合、自動操舵制御の開始を許可する信号を舵角指令選択部２４へ出力する。閾値２は、後述する舵角指令値の再計算を行なうかどうか判定するための閾値であって、閾値１よりも小さい。経路差判定部２８は、経路差が閾値１よりも小さく閾値２以上の場合、舵角指令値の再計算を指示する信号を舵角指令再計算部３０へ出力する。

舵角指令再計算部３０は、目標走行経路追従制御部２２で計算された舵角指令値と、ステアリング角度センサ１２から実際のステアリング角度とを取り込む。また、舵角指令再計算部３０には、経路差判定部２８から舵角指令値の再計算を指示する信号が入力される。舵角指令再計算部３０は、経路差判定部２８から舵角指令値の再計算を指示されると、そのときのステアリング角度、すなわち、自動操舵制御の開始時のステアリング角度と目標走行経路追従制御部２２で計算された舵角指令値とに基づいて、舵角指令値の再計算を行う。舵角指令値の再計算の内容について図３を用いて説明する。

図３には、自動操舵制御の開始時の車両状態と現在の走行経路が実線で描かれ、目標走行経路が点線で描かれている。また、目標走行経路追従制御部２２で計算された舵角指令値に基づいて舵角指令追従制御が行われた場合の車両の軌跡が点線で描かれている。目標走行経路追従制御部２２で計算される舵角指令値は、車両の実際の走行経路を目標走行経路に速やかに収束させるように計算されている。このため、自動操舵制御の開始時の経路差（逸脱度）が大きい場合、図３に点線で示すように、目標走行経路へ向けて進路を変更するように急な操舵が行われる。このような急な操舵は車両の挙動やステアリングの挙動に乱れを生じさせてしまう。

図３には、舵角指令再計算部３０により再計算された舵角指令値に基づいて舵角指令追従制御が行われた場合の車両の軌跡が実線で描かれている。舵角指令再計算部３０で再計算される舵角指令値によれば、自動操舵制御の開始の前後で車両の姿勢に大きな変化を生じず、車両は目標走行経路へ滑らかに追従する。このような車両の動きを実現するため、舵角指令再計算部３０では、自動操舵制御への切り替え後の実際のステアリング角度を舵角指令値へ徐々に変化させるように、舵角指令値の再計算が行われている。舵角指令再計算部３０による舵角指令値の再計算方法の具体例について図４を用いて説明する。

図４には、舵角指令再計算部３０による舵角指令値の再計算方法として好適な３つの計算方法がグラフで示されている。第１の方法は、上から１段目のグラフにイメージが示されている１次ローパスフィルタ（１次ＬＰＦ）を用いた方法である。自動操舵制御の開始時の実際のステアリング角度（実舵角）と舵角指令値のオリジナル値との差分を１次ローパスフィルタに通したものが舵角指令値の再計算値とされる。第２の方法は、上から２段目のグラフにイメージが示されている２次ローパスフィルタ（２次ＬＰＦ）を用いた方法である。自動操舵制御の開始時のステアリング角度と舵角指令値のオリジナル値との差分を２次ローパスフィルタに通したものが舵角指令値の再計算値とされる。第３の方法は、上から３段目のグラフにイメージが示されているレートリミッタを用いた方法である。自動操舵制御の開始時のステアリング角度と舵角指令値のオリジナル値との差分をレートリミッタに通したものが舵角指令値の再計算値とされる。どの計算方法によっても、自動操舵制御の開始時のステアリング角度から舵角指令値へ徐々に変化していく再計算値が得られる。例示した計算方法の他にも、例えば、移動平均のようにステップ応答を鈍らせることができる方法であれば、舵角指令値の再計算方法として用いることができる。

例示したどの再計算方法においても、舵角指令値の再計算値がオリジナル値に収束するまでの時間は任意に調整することができる。例えば、第１の方法や第２の方法では、フィルタの時定数を変えることで収束時間を調整することができる。具体的には、第１の方法では、ステップ応答は１−ｅｘｐ（−ｔ／Ｔ）で表され、その値が０．６３２に到達するまでの時間が時定数Ｔとして定義される。第１の方法では、この時定数Ｔを変えることによって収束時間が調整される。第３の方法では、出力の最大変化率を変えることで収束時間を調整することができる。

収束時間が変われば、車両の走行経路が目標走行経路に一致するまでの時間も変化し、また、自動操舵制御の開始直後の車両挙動やステアリング挙動も異なったものとなる。具体的には、収束時間を短くすると、車両の走行経路が目標走行経路に一致するまでの時間は短縮されるものの、車両挙動やステアリング挙動に乱れが生じやすくなる。逆に収束時間を長くすると、車両挙動やステアリング挙動の乱れを抑えることができるものの、車両の走行経路が目標走行経路に一致するまでに長い時間を要してしまう。

このため、舵角指令再計算部３０による舵角指令値の再計算では、車両挙動やステアリング挙動をそれぞれ許容範囲に収めながら、自動操舵制御の開始から所定時間が経過するまでに車両の走行経路と目標走行経路とが一致するように、収束時間を決定するパラメータ（フィルタの時定数等）が調整される。パラメータの調整には、舵角指令値に対する車両挙動やステアリング挙動の変化を模擬した車両モデルが利用される。

パラメータの調整に用いる車両モデルは、例えば、以下の式１−７で表される。ステアリング挙動についての制約をあらわす式１−２を満たし、且つ、車両挙動についての制約をあらわす式３−７を満たすように、収束時間を決定するパラメータの調整が行われる。なお、以下の式において、θは舵角指令値、Ｖは車速、Ｌはホイールベース、Ａはスタビリティファクタ、α_ｙは横加速度、γはヨーレート、δは前輪舵角、ｗ_ｇはステアリングギヤ比である。

舵角指令再計算部３０による舵角指令値の再計算は、舵角指令値の再計算値がオリジナル値に収束するまで行われる。その間、式１−２で表されるステアリング挙動についての制約が満たされない場合、或いは、式３−７で表される車両挙動についての制約が満たされない場合には、手動操舵制御から自動操舵制御への切り替えは中止される。

再計算された舵角指令値は、先に述べた通り、舵角指令選択部２４に送られ、舵角指令選択部２４から舵角指令追従制御部２６に送られる。ここで、舵角指令追従制御部２６の機能について図５を用いて詳細に説明する。図５は、舵角指令追従制御部２６の構成を示すブロック図である。図５には、舵角指令追従制御部２６の機能がブロックで描かれている。図５中にブロックで描かれているように、舵角指令追従制御部２６は、ＦＦ制御部６０、ＦＢ制御部６２、ＦＦゲイン調整部６４、ＦＢゲイン調整部６６、及び積分値保持部６８を備える。舵角指令追従制御部２６が備えるこれらの部６０，６２，６４，６６，６８は、操舵制御装置２０のメモリに記憶されたプログラム或いはその一部に対応している。プログラムがメモリから読みだされてプロセッサで実行されることによって、これらの部６０，６２，６４，６６，６８の機能が操舵制御装置２０にて実現される。以下、各部６０，６２，６４，６６，６８の機能についてＦＦ制御部６０から順に説明する。

ＦＦ制御部６０は、舵角指令選択部２４から舵角指令値を受け取ると、それにゲインを乗じることによって電流指令値に変換する。ＦＦ制御部６０から出力される電流指令値は、最終的に舵角指令追従制御部２６からモータドライバ１０に与えられる電流指令値のフィードフォワード項である。以下、これをＦＦ電流指令値と称する。また、ＦＦ制御部６０で用いられるゲインをＦＦゲインと称する。ＦＦゲインは可変ゲインである。

ＦＢ制御部６２は、舵角指令選択部２４から取り込んだ舵角指令値とステアリング角度との差分を受け取ると、その差分に対するＰＩＤ制御を行う。ＰＩＤ制御によって得られる電流指令値は、最終的に舵角指令追従制御部２６からモータドライバ１０に与えられる電流指令値のフィードバック項である。以下、これをＦＢ電流指令値と称する。また、ＰＩＤ制御におけるＰ項、Ｉ項、Ｄ項のそれぞれのゲインをまとめてＦＢゲインと称する。ＦＢゲインは可変ゲインである。

ＦＦゲイン調整部６４及びＦＢゲイン調整部６６は、舵角指令選択部２４からの選択信号を受け付ける。選択信号は、舵角指令選択部２４においてオリジナル値ではなく再計算値が舵角指令値として選択された場合に発せられる信号である。選択信号を受信した場合、ＦＦゲイン調整部６４はＦＦ制御部６０のＦＦゲインを調整し、ＦＢゲイン調整部６６はＦＢ制御部６２のＦＢゲインを調整する。ＦＦゲインとＦＢゲインの調整では、舵角指令値に対するステアリング角度の追従性を高めるように、各ゲインの値を通常よりも大きくすることが行われる。ＦＦゲイン及びＦＢゲインの調整は、舵角指令値の再計算値がオリジナル値に収束するまで行われる。

積分値保持部６８は、舵角指令選択部２４からの選択信号を受け付ける。積分値保持部６８は、選択信号を受信した場合、ＦＢ制御部６２のＩ項（積分項）に含まれる積分値の更新を停止し、選択信号を受信した時点での積分値を保持する。積分値は後の制御に影響するため、選択信号を受信したら積分値の更新を停止することで、再計算値に基づく舵角指令追従制御の制御結果が、通常の舵角指令追従制御に戻った後の制御性へ影響することを防ぐことができる。積分値保持部６８による積分値の保持は、舵角指令値の再計算値がオリジナル値に収束するまで行われる。なお、本実施の形態では積分値を保持することとしているが、選択信号を受信したら積分値をリセットするようにしてもよい。

４．操舵制御装置による自動操舵制御の制御フロー
以上のように構成された操舵制御装置２０により、自動運転の一環としての自動操舵制御が行われる。図６は、操舵制御装置２０による自動操舵制御の開始時の制御フローを示すフローチャートである。操舵制御装置２０は、このような制御フローに基づいて作成されたプログラムをメモリから読み出して実行する。

まず、ステップＳ１では、現在が自動操舵制御中かどうかの判定が行われる。現在、既に自動操舵制御が行われているのであれば、本制御フローは終了する。一方、未だ自動操舵制御が行われていないのであれば、本制御フローはステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、目標走行経路と現在の車両の走行経路との経路差（逸脱度）が算出される。次に、ステップＳ３では、ステップＳ２で算出された経路差が閾値１以上かどうか判定される。経路差が閾値１以上である場合、本制御フローはステップＳ４に進む。閾値１は、手動操舵制御から自動操舵制御への切り替えが許容される経路差の上限値であるので、ステップＳ４では、自動操舵制御の開始が不許可とされる。そして、本制御フローは終了する。

ステップＳ３で経路差が閾値１より小さいと判定された場合、続いてステップＳ５の判定が行われる。ステップＳ５では、ステップＳ２で算出された経路差が閾値２以上かどうか判定される。経路差が閾値２以上の場合、ステップＳ６及びＳ７の処理の後、ステップＳ８に進む。ステップＳ６では、舵角指令値の再計算が行われ、ステップＳ７では、舵角指令追従制御のゲイン、具体的には、ＦＦゲインとＦＢゲインの調整が行われる。また、これと併せて、ＦＦ電流指令値のＩ項が有する積分値の保持も行われる。これらの処理の後、ステップＳ８では、ステップＳ６で再計算された舵角指令値を用いた自動操舵制御が開始される。

ステップＳ３で経路差が閾値２より小さいと判定された場合、ステップＳ６及びＳ７はスキップされる。この場合、ステップＳ８では、舵角指令値のオリジナル値を用いた自動操舵制御が開始される。

５．操舵制御装置による自動操舵制御の効果
図７は、操舵制御装置２０による自動操舵制御の制御結果と比較例による制御結果とを並べて示す図である。上から１段目のグラフが第１の比較例による制御結果を示し、上から２段目のグラフが第２の比較例による制御結果を示し、上から３段目のグラフが操舵制御装置２０による自動操舵制御の制御結果を示している。いずれのグラフにおいても、手動操舵制御から自動操舵制御への切り替え後、途中で横風等の外乱が車両に作用した場合のステアリング角度の変化が実線で示されている。

第１の比較例では、自動操舵制御への切り替え後、舵角指令値のオリジナル値に基づいて舵角指令追従制御が行われる。１段目のグラフに示すように、制御開始時のステアリング角度と舵角指令値との差分が大きい場合は、その差分を解消するようにステアリング角度の急激な変更が行われる。ステアリング角度の急激な変更により、車両の走行経路は目標走行経路へ早期に収束するようになるものの、車両挙動やステアリング挙動に乱れが生じてしまう。

第２の比較例では、自動操舵制御への切り替え後、舵角指令値のオリジナル値に基づいて舵角指令追従制御を行うとともに、舵角指令追従制御に係る制御ゲイン、すなわち、ＦＦゲイン及びＦＢゲインを小さくすることが行われる。２段目のグラフに示すように、制御開始時のステアリング角度と舵角指令値との差分が大きかったとしても、舵角指令追従制御の制御ゲインが小さくされていることにより、ステアリング角度の急激な変化は抑えられる。ステアリング角度は舵角指令値へ徐々に収束していき、それに伴い、車両の走行経路も徐々に目標走行経路へ収束していく。ところが、この例のように舵角指令追従制御の制御ゲインを小さくすると、車両に対して外乱が作用した場合、その外乱に対する操作量の修正も小さくなってしまう。このため、外乱に対するロバスト性が低下し、グラフに描かれたステアリング角度の変化が示すように、車両挙動やステアリング挙動に乱れが生じてしまう。

操舵制御装置２０による自動操舵制御によれば、舵角指令追従制御用の舵角指令値として、制御開始時のステアリング角度から舵角指令値のオリジナル値に向けて徐々に変化する再計算値が用いられる。このため、３段目のグラフに示すように、自動操舵制御への切り替え後の実際のステアリング角度は、舵角指令値の再計算値に追従してオリジナル値へ向けて徐々に変化していく。また、車両に対して外乱が作用したとしても、舵角指令追従制御によるステアリング角度の修正が十分に機能するため、ステアリング角度の舵角指令値からの逸脱は抑えられる。これにより、車両に対して外乱が作用した場合であっても、車両の走行経路は徐々に目標走行経路へ収束するようになり、車両挙動やステアリング挙動の乱れは抑えられる。

以上説明したように、本実施の形態に係る操舵制御装置２０によれば、上述の通りの自動操舵制御が行われることにより、手動操舵制御から自動操舵制御への切り替え後、外乱の影響を抑えながら車両を目標走行経路へ滑らかに追従させることができる。

２ 操舵ハンドル
４ ステアリング機構
６ 前輪
８ モータ
１０ モータドライバ
１２ ステアリング角度センサ
２０ 操舵制御装置
２２ 目標走行経路追従制御部
２４ 舵角指令選択部
２６ 舵角指令追従制御部
２８ 経路差判定部
３０ 舵角指令再計算部
１００ 車両用操舵装置

Claims (6)

1. 運転者にステアリング機構を操作させる手動操舵制御と、前記ステアリング機構をモータにより自動で操作する自動操舵制御とを切り替え可能な操舵制御装置であって、前記自動操舵制御が選択されているときには、目標走行経路を取得し、実際の車両の走行経路と前記目標走行経路との差がなくなるように舵角指令値を算出し、前記舵角指令値に実際のステアリング角度を追従させるように前記モータを駆動する舵角指令追従制御を行うように構成された操舵制御装置において、
   前記操舵制御装置は、
   前記手動操舵制御から前記自動操舵制御へ切り替える場合、前記自動操舵制御の開始時のステアリング角度と前記自動操舵制御の開始時の舵角指令値とに基づいて、前記舵角指令追従制御で用いる舵角指令値を、前記自動操舵制御への切り替え後の実際のステアリング角度に相当する値から前記自動操舵制御の開始時の舵角指令値へ徐々に変化させるように、再計算する
   ように構成されていることを特徴とする操舵制御装置。
2. 前記操舵制御装置は、
   前記手動操舵制御から前記自動操舵制御への切り替えの要求を受けた場合、前記目標走行経路に対する現在の車両の走行経路の逸脱度が所定の上限値以上であるか判定し、
   前記逸脱度が所定の上限値以上である場合、前記自動操舵制御への切り替えを中止して前記手動操舵制御を続行する
   ように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の操舵制御装置。
3. 前記操舵制御装置は、
   前記自動操舵制御の開始時のステアリング角度と前記自動操舵制御の開始時の舵角指令値との差分に対するフィルタ処理或いはレートリミッタ処理により、前記舵角指令追従制御で用いる舵角指令値を再計算する
   ように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の操舵制御装置。
4. 前記操舵制御装置は、
   車両挙動及びステアリング挙動を許容範囲に収めながら、前記自動操舵制御の開始から所定時間が経過するまでに実際の車両の走行経路と前記目標走行経路とを一致させるように、前記舵角指令追従制御で用いる舵角指令値を再計算する
   ように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の操舵制御装置。
5. 前記操舵制御装置は、
   前記舵角指令追従制御で用いる舵角指令値を再計算する場合、再計算された前記舵角指令値に対する実際のステアリング角度の追従性を高めるように前記舵角指令追従制御のゲインを調整する
   ように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の操舵制御装置。
6. 前記操舵制御装置は、
   前記舵角指令追従制御で用いる舵角指令値を再計算する場合、前記舵角指令追従制御の積分項に含まれる積分値の更新を停止するか、或いは、同積分値をリセットする
   ように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の操舵制御装置。

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