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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