JP6939692B2 - 車両制御システム - Google Patents

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Description

本発明は、車両に搭載される車両制御システムに関する。特に、本発明は、自動操舵制御を行う車両制御システムに関する。
特許文献１は、車両に搭載される操舵支援装置を開示している。操舵支援装置は、車両が車線に沿って走行するように車線維持制御を行う。より詳細には、操舵支援装置は、車線維持制御に必要なアシストトルクを求め、そのアシストトルクが転舵機構に付与されるようにＥＰＳ（Electric Power Steering）モータを制御する。
更に、操舵支援装置は、ドライバが操舵操作を行っているか否かを判定する機能も有している。その判定処理では、転舵機構内のギア摩擦に起因する摩擦トルクＴｇと、ステアリングコラム内のギア摩擦に起因する摩擦トルクＴｆが考慮される。それら摩擦トルクＴｇ、Ｔｆは、試験を通して事前に推定され、固定値として与えられる。ＥＰＳモータによるアシストトルクが摩擦トルクＴｇより大きく、且つ、トルクセンサによって検出される操舵トルクが摩擦トルクＴｆより大きい場合、操舵支援装置は、ドライバが操舵操作を行っていると判定する。
特許文献２は、ラックドライブ型ＥＰＳ装置の内部のギア摩擦の増大を認識する方法を開示している。当該方法によれば、ＥＰＳ装置内のサーボモータに試験電流が流され、それによるロータ位置の変化が検出される。検出されたロータ位置の変化と期待値との比較の結果に基づいて、ギア摩擦の増大が認識される。
特開２００８−２９０６７９号公報 特開２０１４−１７２６１０号公報
車両の車輪を自動的に転舵する「自動操舵制御」を行う車両制御システムについて考える。その自動操舵制御の最中に、ドライバが車両の操舵に干渉する場合がある。ドライバが操舵に干渉している状態は、「ハンズオン状態」と呼ばれる。
ドライバ状態がハンズオン状態であるか否かを判定することは、自動操舵制御にとって重要である。一例として、車両制御システムから運転交代要求が出される場合について考える。ドライバ状態が未だハンズオン状態になっていない段階で、車両制御システムが自動操舵制御を終了させると、車両が車線から逸脱するおそれがある。車両制御システムは、ドライバ状態がハンズオン状態になったことを確認した後に、自動操舵制御を終了させることが好ましい。
上記の特許文献１に開示されている技術によれば、ドライバ状態がハンズオン状態であるか否かを判定する際に、転舵機構やステアリングコラムにおけるギア摩擦に起因する摩擦トルクが考慮される。その摩擦トルクは、試験を通して事前に推定され、固定値として与えられる。
しかしながら、摩擦トルクの大きさは、温度環境に応じて、また、部品の経年劣化によって変動する。従って、摩擦トルクが固定値として与えられた場合、その摩擦トルクは実際の値から乖離する可能性が高い。その乖離が大きくなると、ドライバ状態がハンズオン状態であるか否かの判定精度が低下する。
本発明の１つの目的は、自動操舵制御を行う車両制御システムにおいて、ドライバ状態がハンズオン状態であるか否かの判定精度を向上させることができる技術を提供することにある。
第１の観点は、車両に搭載される車両制御システムを提供する。
前記車両は、
車輪と、
ハンドルと、
ステアリングシャフトを介して前記ハンドルに連結され、前記ハンドルの回転操作に従って前記車輪を転舵する転舵機構と
を備える。
前記車両制御システムは、
前記ステアリングシャフトの第１位置に印加されるトルクをセンサ検出トルクとして検出するトルクセンサと、
前記車輪を転舵する自動操舵制御を行う制御装置と
を備える。
上流摩擦トルクは、前記ステアリングシャフトが回転する際に、前記第１位置と前記ハンドルとの間の前記ステアリングシャフトに作用する摩擦力に起因する前記センサ検出トルクの絶対値である。
ハンズオン状態は、前記車両のドライバが前記車両の操舵に干渉しているドライバ状態である。
ハンズオフ状態は、前記ハンズオン状態以外のドライバ状態である。
前記制御装置は、
前記車輪の転舵時の前記センサ検出トルクに基づいて前記上流摩擦トルクを繰り返し推定する上流摩擦推定処理と、
前記上流摩擦トルクの推定値以上となるように判定閾値を可変に設定する閾値設定処理と、
前記センサ検出トルクの前記絶対値が前記判定閾値より大きい場合に前記ドライバ状態は前記ハンズオン状態であると判定し、前記センサ検出トルクの前記絶対値が前記判定閾値以下の場合に前記ドライバ状態は前記ハンズオフ状態であると判定するドライバ状態判定処理と
を行う。
第２の観点は、第１の観点に加えて、次の特徴を更に有する。
前記制御装置は、前記ドライバが前記ハンドルから手を放しているか否かを判定する。
前記自動操舵制御の実行中に前記ドライバが前記ハンドルから前記手を放している場合、前記制御装置は、前記上流摩擦推定処理を行う。
第３の観点は、第２の観点に加えて、次の特徴を更に有する。
前記上流摩擦推定処理において、前記制御装置は、前記自動操舵制御によって前記ハンドルが回転し始める時の前記センサ検出トルクの絶対値を、前記上流摩擦トルクとして推定する。
第４の観点は、第２の観点に加えて、次の特徴を更に有する。
前記上流摩擦推定処理において、前記制御装置は、前記自動操舵制御に伴う前記センサ検出トルクのヒステリシス幅の半分を、前記上流摩擦トルクとして推定する。
本発明によれば、車両制御システムは、センサ検出トルクと判定閾値との対比に基づいてドライバ状態判定処理を行う。更に、車両制御システムは、上流摩擦トルクの変動に応じて判定閾値を可変に設定する。より詳細には、車両制御システムは、上流摩擦トルクを繰り返し推定し、上流摩擦トルクの推定値以上となるように判定閾値を設定する。これにより、ドライバ状態判定処理の精度が向上する。
本発明の実施の形態に係る車両制御システムの概要を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態に係る車両及び車両制御システムの具体的な構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る車両制御システムの制御装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態における逆入力摩擦推定方法を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態における逆入力摩擦推定方法を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態における正入力摩擦推定方法を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態に係る可変閾値設定部の機能構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る可変閾値設定部の機能構成の他の例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る可変閾値設定処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態における運転制御の第１の例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態における運転制御の第２の例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態における運転制御の第３の例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車両制御システムの制御装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態におけるパラメータ推定処理の第１の例を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態におけるパラメータ推定処理の第２の例を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態におけるパラメータ推定処理の第２の例を説明するためのフローチャートである。
添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
１．車両制御システムの概要
図１は、本実施の形態に係る車両制御システム１０の概要を説明するための概念図である。車両制御システム１０は、車両１に搭載されており、車両１の動作を制御する。より詳細には、車両制御システム１０は、少なくとも、車両１の操舵を自動的に制御する「自動操舵制御」を行う。車両１の操舵とは、車両１の車輪２の転舵を意味する。
例えば、車両制御システム１０は、図１に示されるような目標パスＰＴ（目標軌跡）を決定する。そして、車両制御システム１０は、車両１が目標パスＰＴに追従するように自動操舵制御を行う。このような自動操舵制御は、車線維持支援制御（Lane Tracing Assist（LTA））、自動運転制御、等において行われる。自動運転制御の場合、車両制御システム１０は、自動操舵制御だけでなく、車両１の走行（加減速）を自動的に制御する「自動走行制御」も行う。
図２は、本実施の形態に係る車両１及び車両制御システム１０の具体的な構成例を示すブロック図である。
車両１は、車輪２、ハンドル３（ステアリングホイール）、ステアリングシャフト４、転舵機構５、及びステアリングコラム６を備えている。ハンドル３は、ドライバが操舵操作を行うために用いる操作部材である。ステアリングシャフト４の一端はハンドル３に連結されており、その他端は転舵機構５に連結されている。転舵機構５は、ハンドル３の回転操作に従って車輪２を転舵する。具体的には、転舵機構５は、ステアリングシャフト４と連結するピニオンギア、ピニオンギアと噛み合うラックバー、ラックバーと車輪２との間を連結するタイロッドを含んでいる。ハンドル３の回転は、ステアリングシャフト４を介して、ピニオンギアに伝達される。ピニオンギアの回転運動はラックバーの直線運動に変換され、それにより、車輪２の舵角θが変化する。
車両制御システム１０は、ＥＰＳ（Electric Power Steering）装置２０、走行装置３０、センサ群４０、ＨＭＩ（Human Machine Interface）ユニット５０、運転環境情報取得装置６０、及び制御装置１００を備えている。
ＥＰＳ装置２０は、電動モータを含んでおり、電動モータの回転により車輪２を転舵する。例えば、電動モータは、変換機構を介してラックバーに連結している。電動モータのロータが回転すると、変換機構は、その回転運動をラックバーの直線運動に変換する。これにより、車輪２の舵角θが変化する。尚、ＥＰＳ装置２０は、ラックアシスト型に限られない。例えば、ＥＰＳ装置２０は、コラムアシスト型であってもよい。ＥＰＳ装置２０の動作は、制御装置１００によって制御される。
走行装置３０は、駆動装置と制動装置を含んでいる。駆動装置は、駆動力を発生させる動力源である。駆動装置としては、電動機やエンジンが例示される。制動装置は、制動力を発生させる。走行装置３０の動作は、制御装置１００によって制御される。
センサ群４０は、車両１の状態を検出する。例えば、センサ群４０は、ハンドル角センサ４１、トルクセンサ４２、及び舵角センサ４３を含んでいる。
ハンドル角センサ４１は、ハンドル３の操舵角であるハンドル角ＭＡを検出する。ハンドル角センサ４１は、ハンドル角ＭＡを示す情報を制御装置１００に出力する。
トルクセンサ４２は、ステアリングシャフト４に印加されるトルクを検出する。より詳細には、トルクセンサ４２は、ステアリングシャフト４の所定位置（第１位置）に設置されており、その所定位置に印加されるトルクを検出する。トルクセンサ４２によって検出されるトルクは、以下「センサ検出トルクＭＴ」と呼ばれる。トルクセンサ４２は、センサ検出トルクＭＴを示す情報を制御装置１００に出力する。
舵角センサ４３は、車輪２の舵角θを検出する。例えば、舵角センサ４３は、ＥＰＳ装置２０の電動モータの回転角から舵角θを算出する。舵角センサ４３は、舵角θを示す情報を制御装置１００に出力する。
ＨＭＩユニット５０は、ドライバに情報を提供し、また、ドライバから情報を受け付けるためのインタフェースである。具体的には、ＨＭＩユニット５０は、入力装置と出力装置を有している。入力装置としては、タッチパネル、スイッチ、マイク、等が例示される。出力装置としては、表示装置、スピーカ、等が例示される。
運転環境情報取得装置６０は、車両１の運転環境を示す「運転環境情報ＥＮＶ」を取得する。運転環境情報ＥＮＶは、位置情報、地図情報、周囲状況情報、車両状態情報、等を含む。位置情報は、車両１の位置を示す情報であり、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）を利用することにより得られる。地図情報は、レーン配置や道路形状を示す。周囲状況情報は、車両１の周囲の状況を示す情報であり、カメラ、ライダー、レーダー等の外界センサを利用することにより得られる。例えば、周囲状況情報は、車両１の周囲の周辺車両や白線の情報を含む。車両状態情報は、車速、横加速度、ヨーレート、等を含む。これら車両状態情報は、センサ群４０によって取得される。運転環境情報取得装置６０は、取得した運転環境情報ＥＮＶを制御装置１００に送る。
制御装置１００は、プロセッサ及びメモリを備えるマイクロコンピュータである。制御装置１００は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも呼ばれる。プロセッサがメモリに格納された制御プログラムを実行することにより、制御装置１００による各種処理が実現される。以下、本実施の形態に係る制御装置１００の機能構成について更に詳しく説明する。
２．制御装置の機能構成
図３は、本実施の形態に係る制御装置１００の機能構成を示すブロック図である。制御装置１００は、機能ブロックとして、運転制御部１１０、ドライバ状態判定部１４０、及び可変閾値設定部１５０を有している。これら機能ブロックは、制御装置１００のプロセッサがメモリに格納された制御プログラムを実行することにより実現される。
２−１．運転制御部１１０
運転制御部１１０は、車両１の運転を制御する。より詳細には、運転制御部１１０は、車両１の操舵を制御する操舵制御部１２０と、車両１の走行（加減速）を制御する走行制御部１３０を含んでいる。
操舵制御部１２０は、ドライバによる操舵操作をアシストする操舵アシスト制御を行う。具体的には、操舵制御部１２０は、センサ検出トルクＭＴや車速に基づいてアシストトルクを算出する。そして、操舵制御部１２０は、アシストトルクが得られるようにＥＰＳ装置２０の動作を制御する。これにより、ドライバの操舵負担が軽減される。
また、操舵制御部１２０は、車輪２を自動的に転舵する「自動操舵制御」を行う。自動操舵制御においても、ＥＰＳ装置２０が利用される。具体的には、操舵制御部１２０は、車輪２の舵角θの目標値である舵角指令値θ＊を決定する。また、操舵制御部１２０は、舵角センサ４３から舵角θの情報を取得する。あるいは、操舵制御部１２０は、ハンドル角ＭＡから舵角θを算出してもよい。そして、操舵制御部１２０は、舵角θが舵角指令値θ＊に追従するようにＥＰＳ装置２０の動作を制御する。
例えば、操舵制御部１２０は、車両１が目標パスＰＴ（図１参照）に追従して走行するように自動操舵制御を行う。そのために、操舵制御部１２０は、運転環境情報ＥＮＶに基づいて、目標パスＰＴ及び目標パス舵角θｐｔを算出する。目標パス舵角θｐｔは、車両１が目標パスＰＴに追従するように走行するために必要な舵角θである。目標パスＰＴ及び目標パス舵角θｐｔの算出方法としては、様々なものが提案されている。本実施の形態では、その算出方法は特に限定されない。操舵制御部１２０は、舵角指令値θ＊を目標パス舵角θｐｔに設定し、舵角θが目標パス舵角θｐｔに追従するようにＥＰＳ装置２０の動作を制御する。これにより、車両１が目標パスＰＴに追従するように走行する。このような自動操舵制御は、自動運転制御、ＬＴＡ等において行われる。
走行制御部１３０は、車両１の走行を自動的に制御する「自動走行制御」を行う。自動走行制御は、加速制御と減速制御を含む。走行制御部１３０は、走行装置３０（駆動装置、制動装置）の動作を制御することによって自動走行制御を行う。例えば、走行制御部１３０は、車両１が目標パスＰＴに追従して走行するように自動走行制御を行う。
運転制御部１１０は、上記の自動操舵制御と自動走行制御の両方を含む「自動運転制御」を行ってもよい。
また、運転制御部１１０は、ＨＭＩユニット５０（出力装置）を通してドライバに各種通知を出力する。通知としては、警告、運転交代要求（TD: Transition Demand）、等が挙げられる。運転交代要求は、ドライバに対して手動運転を開始するように要求する。
ドライバは、ＨＭＩユニット５０（入力装置）を用いて、運転制御部１１０による運転制御（自動操舵制御、自動走行制御、自動運転制御）をＯＮ／ＯＦＦすることもできる。
２−２．ドライバ状態判定部１４０
運転制御部１１０による自動操舵制御の最中に、ドライバが車両１の操舵に干渉する場合がある。ドライバが車両１の操舵に干渉しているドライバ状態は、以下「ハンズオン（ＨＡＮＤＳ−ＯＮ）状態」と呼ばれる。例えば、ドライバが操舵操作を行っている、つまり、能動的にハンドル３を操作している状態は、ハンズオン状態である。また、ドライバが、運転制御部１１０による自動操舵制御に対抗してハンドル３を保持している状態も、ハンズオン状態である。
一方、ドライバが車両１の操舵に干渉していないドライバ状態は、以下「ハンズオフ（ＨＡＮＤＳ−ＯＦＦ）状態」と呼ばれる。ハンズオフ状態は、ハンズオン状態以外のドライバ状態であると言うこともできる。
ドライバ状態がハンズオン状態かハンズオフ状態かを判定することは、自動操舵制御にとって重要である。一例として、上述の運転交代要求が運転制御部１１０から出される場合を考える。ドライバ状態が未だハンズオン状態になっていない段階で、運転制御部１１０が自動操舵制御を終了させると、車両１が車線から逸脱するおそれがある。運転制御部１１０は、ドライバ状態がハンズオン状態になったことを確認した後に、自動操舵制御を終了させることが好ましい。
そのために、ドライバ状態判定部１４０が設けられている。ドライバ状態判定部１４０は、ドライバ状態がハンズオン状態かハンズオフ状態かを判定する「ドライバ状態判定処理」を行う。より詳細には、ドライバ状態判定部１４０は、トルクセンサ４２によって検出されるセンサ検出トルクＭＴを「判定閾値ＴＨ」と比較する。センサ検出トルクＭＴの絶対値が判定閾値ＴＨより大きい場合（｜ＭＴ｜＞ＴＨ）、ドライバ状態判定部１４０は、ドライバ状態はハンズオン状態であると判定する。一方、センサ検出トルクＭＴの絶対値が判定閾値ＴＨ以下の場合（｜ＭＴ｜≦ＴＨ）、ドライバ状態判定部１４０は、ドライバ状態はハンズオフ状態であると判定する。
２−３．可変閾値設定部１５０
可変閾値設定部１５０は、上記のドライバ状態判定処理において用いられる判定閾値ＴＨの設定を行う。判定閾値ＴＨの設定において注意すべきことは、ギア等の部品によって発生する摩擦力である。何故なら、摩擦力に起因する摩擦トルクがセンサ検出トルクＭＴに含まれ得るからである。
本実施の形態では、特に、トルクセンサ４２よりも上流の「上流摩擦力」に着目する。より詳細には、上流摩擦力とは、ステアリングシャフト４が回転する際に、トルクセンサ４２の設置位置（第１位置）とハンドル３との間のステアリングシャフト４に作用する摩擦力である。例えば、ステアリングコラム６内のギア等の部品によって上流摩擦力が発生する。ステアリングシャフト４が回転する際、トルクセンサ４２によって検出されるセンサ検出トルクＭＴには、上流摩擦力に起因する摩擦トルクが含まれる。上流摩擦力に起因するセンサ検出トルクＭＴの成分の絶対値は、以下「上流摩擦トルクＴＦ」と呼ばれる。
ドライバがハンドル３から手を放している状態（ハンズフリー（ＨＡＮＤＳ−ＦＲＥＥ）状態）を考える。運転制御部１１０が自動操舵制御によって車輪２を転舵すると、それに伴ってステアリングシャフト４及びハンドル３も回転する。このとき、トルクセンサ４２は、上流摩擦力に起因する上流摩擦トルクＴＦをセンサ検出トルクＭＴとして検出する。すなわち、ドライバがハンドル３から手を放しているにもかかわらず、ゼロではない上流摩擦トルクＴＦが、センサ検出トルクＭＴとして検出される。
ドライバ状態の誤判定を防止するために、判定閾値ＴＨは、上流摩擦トルクＴＦ以上に設定される。但し、上流摩擦トルクＴＦの大きさは、一定ではなく、変動する。具体的には、上流摩擦トルクＴＦの大きさは、温度環境に応じて、また、部品の経年劣化によって変動する。
そこで、本実施の形態によれば、可変閾値設定部１５０は、上流摩擦トルクＴＦの変動に応じて判定閾値ＴＨを可変に設定する。より詳細には、可変閾値設定部１５０は、上流摩擦トルクＴＦを繰り返し推定する。そして、可変閾値設定部１５０は、上流摩擦トルクＴＦの推定値以上となるように判定閾値ＴＨを設定する。これにより、ドライバ状態判定処理の精度が向上する。このことは、車両制御システム１０に対する信頼の向上につながる。
以下、本実施の形態に係る可変閾値設定部１５０による可変閾値設定処理について更に詳しく説明する。
３．可変閾値設定処理
３−１．逆入力摩擦推定方法
まず、ドライバがハンドル３から手を離しているハンズフリー状態において上流摩擦トルクＴＦを推定する方法について説明する。その方法は、以下「逆入力摩擦推定方法」と呼ばれる。
図４は、逆入力摩擦推定方法を説明するための概念図である。ハンズフリー状態では、運転制御部１１０が自動操舵制御を行い、車輪２を転舵する。図４には、ハンズフリー状態での自動操舵制御による車輪２の転舵時のセンサ検出トルクＭＴの変動が示されている。縦軸はセンサ検出トルクＭＴを表し、横軸は車輪２の転舵を表す転舵パラメータを表している。図４に示される例では、転舵パラメータとしてハンドル角ＭＡが用いられている。ハンドル角ＭＡの代わりに、舵角θ、ヨーレート、あるいは横加速度が用いられてもよい。
図４に示されるように、ハンズフリー状態で車輪２の転舵が行われる場合、ハンドル３が回される状態となるため、ドライバによる操舵操作時とは逆方向にトルクが発生する。より詳細には、ハンドル角ＭＡが増加する際にセンサ検出トルクＭＴは負値となり、ハンドル角ＭＡが減少する際にセンサ検出トルクＭＴは正値となる。いずれの場合であっても、センサ検出トルクＭＴの絶対値は、ほぼ一定である。その一定値が、上流摩擦トルクＴＦに相当する。上流摩擦トルクＴＦは、ハンズフリー状態において自動操舵制御によってハンドル３が回転し始める時のセンサ検出トルクＭＴの絶対値であると言うこともできる。
また、図４に示されるように、センサ検出トルクＭＴのヒステリシス幅ＨＩＳは、ハンドル角ＭＡに依らずほぼ一定である。そのヒステリシス幅ＨＩＳの半分が、上流摩擦トルクＴＦに相当する。
可変閾値設定部１５０は、自動操舵制御による車輪２の転舵時のセンサ検出トルクＭＴに基づいて、上流摩擦トルクＴＦを推定する。具体的には、可変閾値設定部１５０は、自動操舵制御によってハンドル３が回転し始める時のセンサ検出トルクＭＴの絶対値を、上流摩擦トルクＴＦとして推定する。あるいは、可変閾値設定部１５０は、自動操舵制御に伴うセンサ検出トルクＭＴのヒステリシス幅ＨＩＳの半分を、上流摩擦トルクＴＦとして推定する。ヒステリシス幅ＨＩＳを用いる場合、ノイズや振動成分の影響を除去することができる。
図５は、上流摩擦トルクＴＦが増加した場合を示している。上流摩擦トルクＴＦが増加すると、ヒステリシス幅ＨＩＳも増加する。可変閾値設定部１５０は、推定処理を繰り返し実行することによって、上流摩擦トルクＴＦの最新値を得ることができる。
３−２．正入力摩擦推定方法
次に、ドライバが操舵操作を行っている操舵状態において上流摩擦トルクＴＦを推定する方法について説明する。その方法は、以下「正入力摩擦推定方法」と呼ばれる。
図６は、正入力摩擦推定方法を説明するための概念図である。図６のフォーマットは、既出の図４と同じである。操舵状態におけるＭＡ−ＭＴ特性は、周知の通り、リサージュ波形で表される。図４の場合と異なり、センサ検出トルクＭＴの絶対値はほぼ一定ではない。また、センサ検出トルクＭＴの変動傾向も、図４の場合と異なっている。具体的には、ハンドル角ＭＡが増加する際、センサ検出トルクＭＴも増加する。一方、ハンドル角ＭＡが減少する際、センサ検出トルクＭＴは減少する。
可変閾値設定部１５０は、操舵操作による車輪２の転舵時のセンサ検出トルクＭＴに基づいて、上流摩擦トルクＴＦを推定する。具体的には、可変閾値設定部１５０は、舵角中点（ＭＡ＝０）におけるセンサ検出トルクＭＴのヒステリシス幅ＨＩＳの半分を、上流摩擦トルクＴＦとして推定する。
但し、正入力摩擦推定方法によって推定される上流摩擦トルクＴＦには、下流摩擦力の影響も含まれている可能性がある。下流摩擦力は、トルクセンサ４２よりも車輪２側における摩擦力であり、例えば、転舵機構５のギアにおいて発生する。下流摩擦トルクは、下流摩擦力に起因するセンサ検出トルクＭＴの成分の絶対値であり、予め算出される。可変閾値設定部１５０は、ヒステリシス幅ＨＩＳの半分から下流摩擦トルクを減算した値を、上流摩擦トルクＴＦとして推定してもよい。
３−３．可変閾値設定部の機能構成例
図７は、可変閾値設定部１５０の機能構成の一例を示すブロック図である。可変閾値設定部１５０は、手放し判定部１５１、上流摩擦推定部１５２、及び閾値設定部１５３を含んでいる。
手放し判定部１５１は、「手放し判定処理」を行う。手放し判定処理において、手放し判定部１５１は、ドライバがハンドル３から手を離しているか否かを判定する。つまり、手放し判定部１５１は、ドライバ状態がハンズフリー状態か否かを判定する。
例えば、手放し判定部１５１は、車輪２の転舵時のセンサ検出トルクＭＴの変動傾向に基づいて、手放し判定処理を行う。図４で示されたように、ハンズフリー状態の場合、ハンドル角ＭＡが増加する際にセンサ検出トルクＭＴは負値となり、ハンドル角ＭＡが減少する際にセンサ検出トルクＭＴは正値となる。一方、図６の場合、ハンドル角ＭＡが増加する際にセンサ検出トルクＭＴは増加し、ハンドル角ＭＡが減少する際にセンサ検出トルクＭＴは減少する。従って、センサ検出トルクＭＴの変動傾向に基づいて、ドライバ状態がハンズフリー状態か否かを判定することができる。
図８は、変形例を示している。変形例では、車両制御システム１０は、ドライバモニタ７０を更に備えている。ドライバモニタ７０は、ステアリングタッチセンサ、ギャップセンサ、カメラ等を含んでいる。手放し判定部１５１は、ドライバモニタ７０による計測結果に基づいて、ドライバがハンドル３から手を離しているか否かを判定する。
上流摩擦推定部１５２は、「上流摩擦推定処理」を行う。上流摩擦推定処理において、上流摩擦推定部１５２は、車輪２の転舵時のセンサ検出トルクＭＴに基づいて、上流摩擦トルクＴＦを繰り返し推定する。特に、自動操舵制御の実行中にドライバがハンドル３から手を離している場合、上流摩擦推定部１５２は、逆入力摩擦推定方法（図４、図５参照）によって上流摩擦トルクＴＦを推定する。これにより、上流摩擦トルクＴＦを高精度に推定することが可能となる。
ドライバが操舵操作を行っている場合、上流摩擦推定部１５２は、正入力摩擦推定方法（図６参照）によって上流摩擦トルクＴＦを推定してもよい。
閾値設定部１５３は、「閾値設定処理」を行う。閾値設定処理において、閾値設定部１５３は、推定された上流摩擦トルクＴＦに応じて、判定閾値ＴＨを可変に設定する。より詳細には、閾値設定部１５３は、上流摩擦トルクＴＦの推定値以上となるように判定閾値ＴＨを設定する。例えば、判定閾値ＴＨは、次の式（１）で表される。
式（１）：ＴＨ＝ＴＦ＋α≦ＬＩＭ
式（１）において、パラメータαは、誤差を考慮したマージンであり、パラメータＬＩＭは、設定上限値である。判定閾値ＴＨが設定上限値ＬＩＭを超えた場合、閾値設定部１５３は、ＨＭＩユニット５０を通してドライバに異常を通知してもよい。
３−４．可変閾値設定処理のフロー例
図９は、可変閾値設定部１５０による可変閾値設定処理の一例を示すフローチャートである。図９に示される処理フローは、一定サイクル毎に繰り返し実行される。
ステップＳ１０において、手放し判定部１５１は、手放し判定処理を行う。ドライバがハンドル３から手を離している場合（ステップＳ１０；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０に進む。それ以外の場合（ステップＳ１０；Ｎｏ）、処理はステップＳ４０に進む。
ステップＳ２０において、上流摩擦推定部１５２は、逆入力摩擦推定方法（図４、図５参照）によって上流摩擦トルクＴＦを推定する。その後、処理はステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０において、上流摩擦推定部１５２は、フラグＦＬを“１”に設定する。フラグＦＬは、逆入力摩擦推定の履歴の有無を表す。フラグＦＬの初期値は“０”である。その後、処理はステップＳ６０に進む。
ステップＳ４０において、上流摩擦推定部１５２は、フラグＦＬが“０”であるか否かを判定する。フラグＦＬが“０”の場合（ステップＳ４０；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ５０に進む。一方、フラグＦＬ“１”の場合（ステップＳ４０；Ｎｏ）、今回のサイクルにおける処理は終了する。
ステップＳ５０において、上流摩擦推定部１５２は、正入力摩擦推定方法（図６参照）によって上流摩擦トルクＴＦを推定する。その後、処理はステップＳ６０に進む。
ステップＳ６０において、閾値設定部１５３は、上記式（１）に従って判定閾値ＴＨを設定する。その後、処理はステップＳ７０に進む。
ステップＳ７０において、閾値設定部１５３は、判定閾値ＴＨを設定上限値ＬＩＭと比較する。判定閾値ＴＨが設定上限値ＬＩＭ以下である場合（ステップＳ７０；Ｙｅｓ）、今回のサイクルにおける処理は終了する。一方、判定閾値ＴＨが設定上限値ＬＩＭを超えた場合（ステップＳ７０；Ｎｏ）、処理はステップＳ８０に進む。
ステップＳ８０において、可変閾値設定部１５０は、エラー処理を行う。例えば、可変閾値設定部１５０は、ＨＭＩユニット５０を通してドライバに異常を通知する。また、運転制御部１１０は、ＨＭＩユニット５０を通してドライバに「自動操舵制御の終了」を通知してもよい。その場合、運転制御部１１０は、ハンズオン状態が一定時間継続したことを確認した後、自動操舵制御を終了させる。
図９に示される処理フローによれば、判定閾値ＴＨは、例えば次のように変化する。最初、ドライバは手動運転を行う。このとき、判定閾値ＴＨは、正入力摩擦推定方法によって推定される上流摩擦トルクＴＦに基づいて設定される。その後、運転制御部１１０による自動運転制御が開始する。自動運転制御が開始すると、判定閾値ＴＨは、逆入力摩擦推定方法によって推定される上流摩擦トルクＴＦに基づいて設定される。すなわち、判定閾値ＴＨの精度が向上する。その後、判定閾値ＴＨが繰り返し更新される。
４．運転制御の様々な例
運転制御部１１０は、ドライバ状態判定部１４０によるドライバ状態判定処理の結果に基づいて、運転制御を行う。以下、運転制御の様々な例を説明する。
４−１．第１の例
図１０は、運転制御の第１の例を示すフローチャートである。図１０に示される処理フローは、一定サイクル毎に繰り返し実行される。
ステップＳ１００において、運転制御部１１０は、運転制御がＯＮされているか否かを判定する。ドライバは、ＨＭＩユニット５０を用いて、運転制御をＯＮ／ＯＦＦすることができる。運転制御がＯＦＦされた場合（ステップＳ１００；Ｎｏ）、処理は終了する。一方、運転制御がＯＮされている場合（ステップＳ１００；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１１０に進む。
ステップＳ１１０において、運転制御部１１０は、ドライバ状態判定処理の結果を参照する。ドライバ状態がハンズオン状態である場合、あるいは、ハンズオン状態が一定時間継続している場合（ステップＳ１１０；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１２０に進む。一方、ドライバ状態がハンズオフ状態である場合、あるいは、ハンズオフ状態が一定時間継続している場合（ステップＳ１１０；Ｎｏ）、処理はステップＳ１３０に進む。
ステップＳ１２０において、運転制御部１１０は、車線維持支援制御（ＬＴＡ）を行う。ステップＳ１３０において、運転制御部１１０は、自動運転制御を行う。このように、第１の例によれば、運転制御部１１０は、ドライバ状態に応じて、運転制御を車線維持支援制御と自動運転制御との間で切り替える。
４−２．第２の例
図１１は、運転制御の第２の例を示すフローチャートである。図１１に示される処理フローは、一定サイクル毎に繰り返し実行される。
ステップＳ２００において、運転制御部１１０は、ハンズオン状態を前提とした運転制御を行う。ハンズオン状態を前提とした運転制御としては、手動運転時の操舵アシスト制御、車線維持支援制御（ＬＴＡ）、等が例示される。
ステップＳ２１０において、運転制御部１１０は、ドライバ状態判定処理の結果を参照する。ドライバ状態がハンズオフ状態である場合、あるいは、ハンズオフ状態が一定時間継続している場合（ステップＳ２１０；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２２０に進む。それ以外の場合（ステップＳ２１０；Ｎｏ）、今回のサイクルにおける処理は終了する。
ステップＳ２２０において、運転制御部１１０は、ＨＭＩユニット５０を通して、ドライバに警告を発する。例えば、運転制御部１１０は、「ハンドルを握ってください」という警告メッセージを出力する。これにより、ドライバ状態がハンズオン状態に戻ることが期待される。
４−３．第３の例
図１２は、運転制御の第３の例を示すフローチャートである。図１２に示される処理フローは、一定サイクル毎に繰り返し実行される。
ステップＳ３００において、運転制御部１１０は、自動運転制御を行う。
ステップＳ３１０において、運転制御部１１０は、ＨＭＩユニット５０を通して、運転交代要求をドライバに通知する。その後、処理はステップＳ３２０に進む。
ステップＳ３２０において、運転制御部１１０は、ドライバ状態判定処理の結果を参照する。ドライバ状態がハンズオン状態である場合、あるいは、ハンズオン状態が一定時間継続している場合（ステップＳ３２０；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３３０に進む。それ以外の場合（ステップＳ３２０；Ｎｏ）、今回のサイクルにおける処理は終了する。
ステップＳ３３０において、運転制御部１１０は、自動運転制御を終了する。このとき、運転制御部１１０は、ＨＭＩユニット５０を通して、「手動運転に切り替わります」といった確認メッセージを出力してもよい。
５．効果
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、車両制御システム１０は、センサ検出トルクＭＴと判定閾値ＴＨとの対比に基づいてドライバ状態判定処理を行う。更に、車両制御システム１０は、上流摩擦トルクＴＦの変動に応じて判定閾値ＴＨを可変に設定する。より詳細には、車両制御システム１０は、上流摩擦トルクＴＦを繰り返し推定し、上流摩擦トルクＴＦの推定値以上となるように判定閾値ＴＨを設定する。これにより、ドライバ状態判定処理の精度が向上する。
第１の比較例として、上記の特許文献１（特開２００８−２９０６７９号公報）に開示されている技術を考える。第１の比較例によれば、上流摩擦トルクＴＦは、試験を通して事前に推定され、固定値として設定される。しかしながら、実際の上流摩擦トルクＴＦは変動するため、上流摩擦トルクＴＦの設定値は実際値から乖離する。その乖離が大きくなると、ドライバ状態判定処理の精度が低下する。
第２の比較例として、上流摩擦トルクＴＦの変動を見越して、判定閾値ＴＨを十分に大きいあるいは小さい固定値に設定することを考える。この場合も、やはり、上流摩擦トルクＴＦの設定値が実際値から乖離するため、ドライバ状態判定処理の精度が低下する。
判定閾値ＴＨが不必要に小さい値に設定された場合、次のような問題が発生する。例えば、運転交代要求に応答して、ドライバは操舵操作を行う。ドライバ状態がハンズオン状態であると判定されると、自動操舵制御は終了する。しかしながら、判定閾値ＴＨが小さい場合、ドライバ状態が未だハンズオフ状態であるにもかかわらず、ドライバ状態はハンズオン状態であると誤判定されるおそれがある。そのような誤判定が発生したまま自動操舵制御が終了すると、車両１が車線から逸脱するおそれがある。
また、判定閾値ＴＨが不必要に大きい値に設定された場合、次のような問題が発生する。例えば、運転交代要求に応答して、ドライバは操舵操作を行う。ドライバ状態がハンズオン状態であると判定されるタイミングまで、自動操舵制御は継続する。判定閾値ＴＨが大きくなるほど、そのタイミングが遅れるため、ドライバは操舵操作に違和感を感じる。衝突回避のためにドライバが早急に操舵操作を行ったときに、車両１の回避挙動が遅れることも考えられる。すなわち、判定閾値ＴＨが不必要に大きい場合、操舵に対するコントロール性が低下する。
本実施の形態によれば、ドライバ状態判定処理の精度が向上する。従って、ドライバ状態の誤判定が抑制される。また、操舵に対するコントロール性の低下が抑制される。これらのことは、車両制御システム１０に対する信頼の向上につながる。
６．ドライバ操舵トルクの推定
本実施の形態に係る制御装置１００は、ドライバ操舵トルクＭＴＤを推定する機能を有していてもよい。ドライバ操舵トルクＭＴＤは、ドライバがハンドル３を回転させるために印加するトルクであり、ドライバによる操舵操作の強さを表す。上述のドライバ状態判定部１４０は、センサ検出トルクＭＴの代わりに、推定されたドライバ操舵トルクＭＴＤを用いてドライバ状態判定処理を行ってもよい。
図１３は、制御装置１００の機能構成を示すブロック図である。制御装置１００は、既出の機能構成に加えて、ドライバ操舵トルク推定部１６０及びパラメータ推定部１７０を備えている。これら機能ブロックは、制御装置１００のプロセッサがメモリに格納された制御プログラムを実行することにより実現される。
ドライバ操舵トルク推定部１６０は、ドライバ操舵トルクＭＴＤを推定する「ドライバ操舵トルク推定処理」を行う。ドライバ操舵トルクＭＴＤの推定方法は、特に限定されない。例えば、ドライバ操舵トルク推定部１６０は、ステアリング系のモデルを用いて、ドライバ操舵トルクＭＴＤを推定する。この場合、ドライバ操舵トルク推定部１６０は、センサ検出トルクＭＴ、モータ回転角δ、及びモータ回転角速度ｄδ／ｄｔに基づいて、ドライバ操舵トルクＭＴＤを推定することができる。モータ回転角δは、ＥＰＳ装置２０の電動モータのロータの回転角であり、図示されない回転角センサによって検出される。モータ回転角速度ｄδ／ｄｔは、モータ回転角δを微分することにより得られる。
ドライバ操舵トルク推定処理において用いられるステアリング系のモデルは、外部環境に応じて変化するメカパラメータを含んでいる可能性がある。外部環境に応じて変化するメカパラメータの典型例は、外気温に応じて変化するメカ摩擦項である。そのようなメカパラメータがノミナル値に固定されている場合、すなわち、外部環境の変動にかかわらずノミナルモデルが用いられる場合、ドライバ操舵トルクＭＴＤの推定精度が低下する。
そのようなドライバ操舵トルクＭＴＤの推定精度の低下を抑制するために、パラメータ推定部１７０が設けられている。パラメータ推定部１７０は、外部環境に応じたメカパラメータを推定する「パラメータ推定処理」を行う。推定されたメカパラメータは、以下「推定パラメータＦ」と呼ばれる。パラメータ推定部１７０は、推定パラメータＦをドライバ操舵トルク推定部１６０に出力する。ドライバ操舵トルク推定部１６０は、推定パラメータＦに基づくモデルを用いて、ドライバ操舵トルク推定処理を行う。これにより、ドライバ操舵トルクＭＴＤの推定精度の低下が抑制される。
尚、パラメータ推定部１７０は、一定サイクル毎に、パラメータ推定処理を行う。パラメータ推定処理が行われる度に、推定パラメータＦは更新される。パラメータ推定部１７０は、推定パラメータＦの初期値からの履歴を、制御装置１００のメモリに格納してもよい。
以下、パラメータ推定部１７０によるパラメータ推定処理の例を説明する。
６−１．第１の例
図１４は、パラメータ推定処理の第１の例を説明するための概念図である。第１の例では、外気温Ｔに応じて変化するメカパラメータ（例：メカ摩擦項）を考える。この場合、推定パラメータＦは、外気温Ｔの関数で表される。その関数、つまり、外気温Ｔと推定パラメータＦとの対応関係は、マップあるいは数式によって与えられる。パラメータ推定部１７０は、外気温センサ（図示されない）によって検出される外気温Ｔの情報を受け取る。そして、パラメータ推定部１７０は、外気温Ｔと上記の関数に基づいて、推定パラメータＦを取得する。
外気温センサが故障した場合、パラメータ推定部１７０は、パラメータ推定処理を停止してもよい。この場合、パラメータ推定部１７０は、外気温センサが故障する直前の推定パラメータＦを出力する。外気温は急激には変化しないため、外気温センサが故障する直前の推定パラメータＦを使用することによって、ドライバ操舵トルクＭＴＤの推定精度の低下が抑制される。
外気温センサの故障が一定期間以上継続した場合、その一定期間に外気温が変化してしまう可能性がある。従って、その場合、パラメータ推定部１７０は、出力する推定パラメータＦを初期値に徐変してもよい。
６−２．第２の例
図１５は、パラメータ推定処理の第２の例を説明するための概念図である。第２の例では、パラメータ推定部１７０は、センサ検出トルク推定モデル１７１を有している。
センサ検出トルク推定モデル１７１は、トルクセンサ４２によって検出されるセンサ検出トルクＭＴを推定するためのモデルである。このセンサ検出トルク推定モデル１７１は、ドライバ操舵トルク推定部１６０がドライバ操舵トルクＭＴＤを推定する際に用いるモデルを変形することにより得られる。
パラメータ推定部１７０は、センサ検出トルク推定モデル１７１のモデルパラメータを様々な値に設定しながら、センサ検出トルクＭＴを推定する。パラメータ推定部１７０は、センサ検出トルクＭＴの推定値のそれぞれを、センサ検出トルクＭＴの実際値と比較する。そして、パラメータ推定部１７０は、実際値に最も近い推定値が得られるモデルパラメータを、推定パラメータＦとして出力する。
図１６は、パラメータ推定処理の第２の例を説明するためのフローチャートである。図１６に示される処理フローは、一定サイクル毎に繰り返し実行される。
ステップＳ４００において、パラメータ推定部１７０は、ドライバにより操舵操作が行われているか否かを判定する。例えば、パラメータ推定部１７０は、ドライバ操舵トルク推定部１６０によって推定されるドライバ操舵トルクＭＴＤの絶対値を所定の閾値と比較する。ドライバ操舵トルクＭＴＤの絶対値が所定の閾値よりも大きい場合、パラメータ推定部１７０は、ドライバにより操舵操作が行われていると推定する。あるいは、パラメータ推定部１７０は、ドライバモニタ７０（図８参照）による計測結果に基づいて、ドライバにより操舵操作が行われているか否かを判定してもよい。
ドライバにより操舵操作が行われている場合（ステップＳ４００；Ｙｅｓ）、センサ検出トルクＭＴの推定精度が低下するおそれがある。従って、この場合、パラメータ推定部１７０は、パラメータ推定処理を行わず、推定パラメータＦの前回値を出力する（ステップＳ４１０）。
一方、ドライバにより操舵操作が行われていない場合（ステップＳ４００；Ｎｏ）、パラメータ推定部１７０は、パラメータ推定処理を行う。そのパラメータ推定処理は、次のステップＳ４２０〜Ｓ４４０を含む。
ステップＳ４２０において、パラメータ推定部１７０は、センサ検出トルク推定モデル１７１のモデルパラメータを設定する。より詳細には、パラメータ推定部１７０は、Ｎパターン（Ｎは２以上の整数）のモデルパラメータを設定する。例えば、パラメータ推定部１７０は、平均値μの正規分布に従うＮパターンのモデルパラメータを設定する。平均値μは、例えば、推定パラメータＦの前回値である。あるいは、平均値μは、推定パラメータＦの前々回値と前回値から外挿されてもよい。Ｎパターンのモデルパラメータは、ノミナル値を含んでいてもよい。
ステップＳ４３０において、パラメータ推定部１７０は、Ｎパターンのモデルパラメータのそれぞれに基づくセンサ検出トルク推定モデル１７１を用いて、センサ検出トルクＭＴを推定する。センサ検出トルク推定モデル１７１に対する入力は、例えばモータ回転角δである。モータ回転角δの代わりに、モータ目標指令トルクあるいは目標電流値が用いられてもよい。
ステップＳ４４０において、パラメータ推定部１７０は、センサ検出トルクＭＴの推定値のそれぞれを、センサ検出トルクＭＴの実際値と比較する。パラメータ推定部１７０は、実際値に最も近い推定値が得られるモデルパラメータを、最適パラメータとして抽出する。例えば、パラメータ推定部１７０は、実際値と推定値との差異を計算し、差異が最も小さくなるモデルパラメータを最適パラメータとして抽出する。そして、パラメータ推定部１７０は、抽出した最適パラメータを推定パラメータＦとして出力する。
６−３．第３の例
上述の通り、上流摩擦推定部１５２は、上流摩擦トルクＴＦを推定する（図４〜図９参照）。パラメータ推定部１７０は、上流摩擦推定部１５２によって推定された上流摩擦トルクＴＦに基づいて、ステアリング系のモデルの摩擦項（推定パラメータＦ）を推定してもよい。
１ 車両
２ 車輪
３ ハンドル（ステアリングホイール）
４ ステアリングシャフト
５ 転舵機構
６ ステアリングコラム
１０ 車両制御システム
２０ ＥＰＳ装置
３０ 走行装置
４０ センサ群
４１ ハンドル角センサ
４２ トルクセンサ
４３ 舵角センサ
５０ ＨＭＩユニット
６０ 運転環境情報取得装置
７０ ドライバモニタ
１００ 制御装置
１１０ 運転制御部
１２０ 操舵制御部
１３０ 走行制御部
１４０ ドライバ状態判定部
１５０ 可変閾値設定部
１５１ 手放し判定部
１５２ 上流摩擦推定部
１５３ 閾値設定部
１６０ ドライバ操舵トルク推定部
１７０ パラメータ推定部
ＥＮＶ 運転環境情報

Claims (4)

  1. 車輪と、ハンドルと、ステアリングシャフトを介して前記ハンドルに連結され前記ハンドルの回転操作に従って前記車輪を転舵する転舵機構とを備える車両に搭載される車両制御システムであって、
    前記ステアリングシャフトの第１位置に印加されるトルクをセンサ検出トルクとして検出するトルクセンサと、
    前記車輪を転舵する自動操舵制御を行う制御装置と
    を備え、
    第１摩擦トルクは、前記ステアリングシャフトが回転する際に、前記第１位置と前記ハンドルとの間の前記ステアリングシャフトに作用する摩擦力に起因する前記センサ検出トルクの絶対値であり、
    ハンズオン状態は、前記車両のドライバが前記車両の操舵に干渉しているドライバ状態であり、
    ハンズオフ状態は、前記ハンズオン状態以外のドライバ状態であり、
    前記制御装置は、
    前記車輪の転舵時の前記センサ検出トルクに基づいて前記第１摩擦トルクを繰り返し推定する摩擦推定処理と、
    前記第１摩擦トルクの推定値以上となるように判定閾値を設定する閾値設定処理と、
    前記センサ検出トルクの前記絶対値が前記判定閾値より大きい場合に前記ドライバ状態は前記ハンズオン状態であると判定し、前記センサ検出トルクの前記絶対値が前記判定閾値以下の場合に前記ドライバ状態は前記ハンズオフ状態であると判定するドライバ状態判定処理と
    を行う
    車両制御システム。
  2. 請求項１に記載の車両制御システムであって、
    前記制御装置は、前記ドライバが前記ハンドルから手を放しているか否かを判定し、
    前記自動操舵制御の実行中に前記ドライバが前記ハンドルから前記手を放している場合、前記制御装置は、前記摩擦推定処理を行う
    車両制御システム。
  3. 請求項２に記載の車両制御システムであって、
    前記摩擦推定処理において、前記制御装置は、前記自動操舵制御によって前記ハンドルが回転し始める時の前記センサ検出トルクの絶対値を、前記第１摩擦トルクとして推定する
    車両制御システム。
  4. 請求項２に記載の車両制御システムであって、
    前記摩擦推定処理において、前記制御装置は、前記自動操舵制御に伴う前記センサ検出トルクのヒステリシス幅の半分を、前記第１摩擦トルクとして推定する
    車両制御システム。
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