JP7302696B1

JP7302696B1 - 操舵制御装置及び車両

Info

Publication number: JP7302696B1
Application number: JP2022048946A
Authority: JP
Inventors: 修一高野
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2022-03-24
Filing date: 2022-03-24
Publication date: 2023-07-04
Anticipated expiration: 2042-03-24
Also published as: DE102023107351A1; US20230322294A1; JP2023142191A; CN116803824A

Abstract

【課題】車両が直進する舵角を正確に取得することができる操舵制御装置および車両を提供する。【解決手段】舵角を変更する操舵アクチュエータに対し、前記舵角が目標舵角となるように制御する操舵アクチュエータ制御部と、前記目標舵角を周期的かつ連続的に変動させた場合に、操舵トルクが所定閾値となるときの舵角である閾値舵角に関する閾値舵角情報を格納する記憶部と、前記閾値舵角情報に基づいて、前記舵角の中立点を求める演算部と、を備える。【選択図】図４

Description

本開示は、舵角に関する演算処理を行う操舵制御装置および車両に関する。

従来、ステアリング機構に設けられた操舵アクチュエータに対し、車両の周囲の状況に基づく制御指令により車両を車線に追従して走行させる車線追従走行制御技術が知られている。このような技術は、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００３－３０７９３号公報

特許文献１に開示されているような従来の車線追従走行制御技術では、舵角センサにより検出された舵角の検出値、車速センサにより検出された車速の検出値、カメラ等により検出された車線に関する情報などに基づいて、操舵アクチュエータがステアリング機構に与える操舵トルクが決定される。この際、操舵アクチュエータのコントロールユニットは、センサによる舵角の検出値が０である場合には、車両にはヨー方向の運動は発生せず、車両は直進することを前提として、操舵トルクを決定する。

しかしながら、実際には、センサによる舵角の検出値と、実際の舵角との間にずれが生じ、舵角の検出値が０であっても、車両が直進しない場合がある。このような場合、車両が車線に追従して走行することは困難となる。

このような事情から、本開示は、車両が直進する舵角を正確に取得することができる操舵制御装置および車両を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る操舵制御装置は、舵角を変更する操舵アクチュエータに対し、前記舵角が目標舵角となるように制御する操舵アクチュエータ制御部と、前記目標舵角を周期的かつ連続的に変動させた場合に、操舵トルクが所定閾値となるときの舵角である閾値舵角に関する閾値舵角情報を格納する記憶部と、前記閾値舵角情報に基づいて、前記舵角の中立点を求める演算部と、を備える。

本開示の一態様に係る車両は、上記の操舵制御装置と、前記操舵アクチュエータと、を備えた車両であって、前記車両の積載量の変化を検知する検知部を備え、前記操舵制御装置は、前記車両の積載量の変化が検知された場合に、前記車両の停止状態において前記中立点の演算を自動的に実行する。

本開示によれば、車両が直進する舵角を正確に取得することができる操舵制御装置および車両を提供する。

操舵制御システムを備えた車両の構成を模式的に示す図操舵制御装置の機能ブロック図操舵制御装置の追従走行動作の動作例を説明するためのフローチャート演算動作について説明するための図操舵制御装置の演算動作の動作例を説明するためのフローチャート

以下、本開示の各実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。ただし、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明等は省略する場合がある。

＜車両の構成＞
図１は、本開示の実施の形態に係る操舵制御システム１００を備えた車両１の構成を模式的に示す図である。

車両１は、ステアリングホイール２と、ステアリングシャフト３と、油圧ユニット４と、ピットマンアーム５と、リンク機構６と、操舵輪８と、操舵制御システム１００と、を備える。

ステアリングホイール（ハンドル）２は、ステアリングコラム（不図示）内に設けられたステアリングシャフト３を介して油圧ユニット４に接続されている。油圧ユニット４は、油圧ポンプ（不図示）で加圧された作動油が供給されるシリンダー（不図示）と、作動油の圧力により直線運動するピストン（不図示）と、ピストンの直線運動を回転運動に変換し、回転運動をピットマンアーム５に伝達するセクタシャフト（不図示）とを有している。

ピットマンアーム５は、リンク機構６等を介して操舵輪８に接続されている。これにより、例えば車両の運転者がステアリングホイール２を回転させた場合、ステアリングシャフト３を介して油圧ユニット４に操舵トルクが伝達され、油圧によりアシストトルクが付与される。操舵トルクとアシストトルクとの合計トルクによりピットマンアーム５が揺動し、リンク機構６等を介して操舵輪８が操舵される。

一方、操舵制御システム１００は、運転者の操作によらない操舵輪８の操舵を実現する。操舵制御システム１００は、操舵アクチュエータ１２と、磁極位置センサ１４と、車速センサ２２と、舵角センサ２４と、操舵トルクセンサ２６と、車線認識カメラ２８と、操舵制御装置３０と、を備える。

操舵アクチュエータ１２は、ステアリングコラムに配置されている。操舵アクチュエータ１２は、電源としてのバッテリー（不図示）から電力が供給されることで回転し、その回転をステアリングシャフト３に伝える。操舵アクチュエータ１２は、例えば、ロータおよびステータを有する三相ブラシレスモータ（電動モータ）である。ロータにはマグネット（不図示）が固定される。

磁極位置センサ１４は、操舵アクチュエータ１２のロータ（マグネット）の回転位置を検出する複数個のホールＩＣを有する。複数個のホールＩＣは、ロータの円周方向に所定間隔で配置される。磁極位置センサ１４の検出結果は、操舵制御装置３０の取得部（不図示）に出力される。

車速センサ２２は、車両１の速度を検出する。車速センサ２２の検出結果は、操舵制御装置３０の取得部に出力される。

舵角センサ２４は、ステアリングホイール２の舵角に応じた信号を出力する。舵角センサ２４の出力信号は、ステアリングホイール２の実舵角を示し、操舵制御装置３０の取得部に出力される。

操舵トルクセンサ２６は、ステアリングシャフト３に加わる操舵トルクに応じた信号を出力する。操舵トルクセンサ２６の出力信号は、操舵制御装置３０の取得部に出力される。

車線認識カメラ２８は、車両１に搭載され、車両１の周辺を撮影する。車線認識カメラ２８は、撮影した映像を画像処理することにより、車両１の走行中の車線（自車両の走行車線）や、車両１に隣接する隣接車線を認識する。車線認識カメラ２８の認識結果は、操舵制御装置３０の取得部に出力される。

操舵制御装置３０は、ＥＣＵ（Electronic control Unit）を備える。ＥＣＵは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ワークメモリーとして使用されるＲＡＭ（Random Access Memory）とを含むマイクロコンピュータを主要構成部品として有する電子制御回路である。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより各種機能を実現する。

＜操舵制御装置３０の機能構成＞
図２を参照して、操舵制御装置３０の機能ブロックについて説明する。図２に示すように、操舵制御装置３０は、目標舵角演算部３１と、操舵アクチュエータ制御部３２と、記憶部３３と、中立点演算部３４と、を備える。

操舵制御装置３０は、これらの構成により、車両１の道路走行時において、車線を追従させる追従走行を車両１に行わせる追従走行制御と、車両１の停止時において、追従走行制御の際に用いるパラメータである舵角の実際の中立点および遊び範囲を演算する演算制御と、の少なくとも２種類の制御を行う。

目標舵角演算部３１は、追従走行制御の際、車線認識カメラ２８の認識結果（走行車線、周囲を走行する他の車両、障害物など）に基づいて、車両１を車線に追従させるための目標舵角を随時演算する。目標舵角演算部３１による目標舵角の演算方法については、本開示では特に限定せず、既知の技術を適宜利用すればよい。

操舵アクチュエータ制御部３２は、操舵アクチュエータ１２に対し、舵角を目標舵角とさせるように制御するための制御信号を出力する。

記憶部３３は、舵角の実際の中立点および遊び範囲を演算する演算制御の際に種々のパラメータを記憶する。

中立点演算部３４は、演算制御の際に、舵角の実際の中立点および遊び範囲の演算を行う。

＜操舵制御装置３０の動作例＞
以下では、上記構成を有する操舵制御装置３０の動作例について説明する。操舵制御装置３０は、車両１の道路走行時において、車線を追従して自動走行する追従走行動作と、車両１の停止時において、舵角の実際の中立点および遊び範囲を演算する演算動作と、の少なくとも２つの動作を行う。追従走行動作は、上述した追従走行制御により行われる動作であり、演算動作は、上述した演算制御により行われる動作である。

［追従走行動作］
まず、追従走行動作の動作例について説明する。図３は、操舵制御装置３０の追従走行動作の動作例を説明するためのフローチャートである。

ステップＳ１１において、操舵制御装置３０は、例えば運転者による追従走行動作の開始操作を受け付ける。開始操作は、例えば車両１の運転席から操作できる位置に設けられたスイッチ、ボタン、タッチパネルなどの操作部に対し、運転者によって行われる。開始操作は、車両１外部からの遠隔操作であってもよい。

ステップＳ１２において、操舵制御装置３０は、車両１が走行中であるか否かを確認する。車両１が走行中である場合、処理はステップＳ１３に進め、車両１が走行中ではなかった場合、追従走行動作を終了する。

ステップＳ１３において、操舵制御装置３０は、車速センサ２２、車線認識カメラ２８などから、追従走行制御に必要な情報（車速、車線の位置、周囲を走行する車両や障害物などの位置など）を取得する。

ステップＳ１４において、操舵制御装置３０は、ステップＳ１３で取得した情報に基づいて目標舵角を演算する。

ステップＳ１５において、操舵制御装置３０は、舵角が目標舵角となるように操舵アクチュエータ１２を制御する。この際、操舵制御装置３０は、後述の演算動作において算出される舵角の中立点を用いて、舵角が正確に目標舵角となるように補正を行ってもよい。その後、処理はステップＳ１３に戻る。

追従走行が終了するまでステップＳ１３からステップＳ１５の処理が繰り返されることにより、操舵制御装置３０は、車両１に車線を追従した走行を行わせることができる。なお、追従走行は、運転者による追従走行の終了操作を受け付けた場合、または、障害物との衝突の危険性が高まったことにより運転者に運転させる必要が生じた場合などに終了すればよい。

［演算動作］
次に、演算動作の動作例について説明する。演算動作では、操舵制御装置３０の中立点演算部３４が、舵角の実際の中立点および遊び範囲を演算する。

詳細な動作例の説明の前に、動作全体の流れについて説明する。演算動作では、まず、操舵制御装置３０は、操舵アクチュエータ１２に対して周期的かつ連続的に目標舵角を変化させた制御信号を出力する。周期的かつ連続的に目標舵角を変化させるとは、具体的には、目標舵角を正弦波、三角波、ランプ波（のこぎり波）などのように変化させることを意味する。

図４は、演算動作について説明するための図である。図４Ａは、一例として目標舵角を正弦波に沿って変化させたときの、操舵アクチュエータ１２により変化する舵角の変化を示す図である。図４Ａにおいて、縦軸が舵角θ、横軸が時間ｔである。図４Ａにおいて、縦軸の正方向が舵角の左方向に、負方向が舵角の右方向に、それぞれ対応している。すなわち、図４Ａは、操舵アクチュエータ１２が操舵制御装置３０の制御に従って、ステアリングホイール２を左方向に最大限切ってから、中立点を介して右方向に最大限切る動作を複数回（複数周期）行った様子を示している。

図４Ｂは、図４Ａに示す舵角の変化に対応した操舵トルクの変化を示した図である。図４Ｂにおいて、縦軸が操舵トルクＴ、横軸が時間ｔである。縦軸の正方向が左方向の操舵トルクに、負方向が右方向の操舵トルクに、それぞれ対応している。

車両１において、ステアリングホイール２には遊び範囲が設定されているため、図４Ａのように周期的かつ連続的に舵角を変化させると、図４Ｂのように、舵角の絶対値がある値を超えるまでは操舵トルクは０に近い値を取り、舵角の絶対値がある値となった時点で操舵トルクは急激に増大する。操舵トルクが急激に変化した後の値は、ほぼ一定であり、舵角の絶対値がある値より下がると操舵トルクは急激に減少する。なお、ステアリングホイール２の遊び範囲とは、ステアリングホイール２が回転しても操舵輪８が操舵されない範囲のことを意味する。操舵トルクの絶対値が急激に増大するのは、ステアリングホイール２が遊び範囲を越えて操舵輪８を操舵するためのトルク伝達が始まったことを意味する。また、操舵トルクの絶対値が急激に減少するのは、操舵輪８を操舵するためのトルク伝達が行われなくなり、遊び範囲に入ったことを意味する。

図４Ｂにおいて、操舵トルクが急激に変化した後の絶対値を、閾値Ｔ_ＴＨとして示している。一般的に、ステアリングホイール２の遊び範囲は、ステアリングシャフト、ピットマンアーム５、リンク機構６などの噛み合わせ具合によって毎回微妙に変動する。このため、操舵トルクの絶対値が閾値Ｔ_ＴＨとなるときの舵角は、目標舵角が変化する周期によって微妙に異なる。なお、本開示では、操舵トルクの絶対値が閾値Ｔ_ＴＨとなるときの舵角を、閾値舵角と記載する。操舵制御装置３０は、操舵トルクの絶対値が閾値Ｔ_ＴＨとなるときの閾値舵角を複数周期取得し、これらを平均することにより、ステアリングホイール２の遊び範囲を確定させることができる。

図４Ａには、舵角の左方向において、操舵トルクが閾値Ｔ_ＴＨとなるときの舵角θ_ＬＨ１、θ_ＬＨ２、θ_ＬＨ３、θ_ＬＨ４、θ_ＬＨ５、θ_ＬＨ６、θ_ＬＨ７、θ_ＬＨ８を示している。また、図４Ａには、舵角の右方向において、操舵トルクが閾値Ｔ_ＴＨとなるときの舵角θ_ＲＨ１、θ_ＲＨ２、θ_ＲＨ３、θ_ＲＨ４、θ_ＲＨ５、θ_ＲＨ６を示している。

このような場合、操舵制御装置３０は、以下の式（１）、（２）のように複数周期分の平均値を取ることによって舵角の左方向、右方向それぞれの遊び境界値を算出する。

これにより、ステアリングホイール２の遊び範囲は、θ_{ＬＨ＿ＡＶＧ}からθ_{ＲＨ＿ＡＶＧ}までの間と確定させることができる。

さらに、操舵制御装置３０は、舵角の実際の中立点を以下の式（３）によって算出することができる。なお、舵角の実際の中立点とは、ステアリングホイール２を中立（センター）位置としたときの実際の舵角である。

式（３）に示すように、舵角の中立点は、複数周期分の遊び境界値の中央値として算出される。

理想的には、ステアリングホイール２を中立位置とした場合、舵角は０となるべきであるが、実際にはステアリングシャフト、ピットマンアーム５、リンク機構６などの噛み合わせ具合によって、ステアリングホイール２を中立位置としても舵角が０とならない場合がある。このため、操舵制御装置３０は、演算動作によって舵角の実際の中立点を算出することで、実際の舵角のずれを把握することができ、追従走行動作における制御の際にずれに応じて補正を掛けることが可能となる。

図５は、操舵制御装置３０の演算動作の動作例を説明するためのフローチャートである。

ステップＳ２１において、操舵制御装置３０は、例えば運転者による演算動作の開始操作を受け付ける。

ステップＳ２２において、操舵制御装置３０は、車両１が停止中であるか否かを確認する。なお、本開示において、車両１が停止中であるとは、例えば車両１の動力源が停止している、具体的にはエンジンオフまたは走行モータオフの状態であることを意味する。車両１が停止中である場合、処理はステップＳ２３に進め、車両１が停止中ではなかった場合、演算動作を終了する。

ステップＳ２３において、操舵制御装置３０は、操舵アクチュエータ１２に対し、周期的かつ連続的に目標舵角を変化させた制御信号を出力する。

ステップＳ２４において、操舵制御装置３０は、ステップＳ２３の制御信号に従って操舵アクチュエータ１２が舵角を変化させた場合に、ステアリングシャフト３に掛かる操舵トルクの絶対値が閾値Ｔ_ＴＨを越えたときの舵角を複数周期分取得して記憶部３３に記憶する。

ステップＳ２５において、操舵制御装置３０は、記憶した複数周期分の舵角にも基づいて、上記式（１）－（３）を用いて遊び範囲および舵角の中立点を算出する。算出した遊び範囲および中立点の値は記憶部３３に記憶され、追従走行動作の際に読み出されて精度向上のために使用される。

＜作用、効果＞
以上説明したように、本開示の実施の形態に係る操舵制御装置３０によれば、車両１の停止中において、ステアリングホイール２の遊び範囲を確定し、これに基づいて舵角の実際の中立点を算出することができる。これにより、実際の舵角の中立点がステアリングホイール２の中立位置からずれていたとしても、車線追従動作の際、このずれを補正することができるので、より精度の高い追従走行動作を行うことができる。

＜変形例＞
上述した実施の形態は、本開示の一態様であって、本開示は上述した実施の形態以外にも、種々の変形を取ることができる。以下では、変形例について具体例を挙げて説明する。

上述した実施の形態では、運転者が車両停止時に演算開始操作を行ったことを契機として、演算動作が行われていた。しかしながら、本開示はこれに限定されず、例えば操舵制御装置３０が演算動作を自動的に実施してもよい。

例えば、操舵制御装置３０は、車両のキーがオンにされ、ブレーキが作動しており、かつ動力源が停止している場合に、運転者に対して演算動作を開始する旨の報知を行った上で、自動的に演算動作を行ってもよい。また、操舵制御装置３０は、車両１に設けられた積載量検知センサ（検知部）が積載量の増減を検知した場合に、ブレーキが作動しており、かつ動力源が停止していれば、自動的に演算動作を行ってもよい。車両１がトラックなどの大型車両である場合、積載量が変化することで、ステアリングシャフト、ピットマンアーム５、リンク機構６などの噛み合わせ具合が変化し、舵角の遊び範囲や中立点が変化しやすい。このような動作により、積載量が変化して舵角の遊び範囲や中立点が変化した可能性が高い場合には、確実に舵角の遊び範囲や中立点を算出し直すことができるので、より好適である。

本開示は、車線に追従して走行する車両などに有用である。

１車両
２ステアリングホイール
３ステアリングシャフト
４油圧ユニット
５ピットマンアーム
６リンク機構
８操舵輪
１００操舵制御システム
１２操舵アクチュエータ
１４磁極位置センサ
２２車速センサ
２４舵角センサ
２６操舵トルクセンサ
２８車線認識カメラ
３０操舵制御装置
３１目標舵角演算部
３２操舵アクチュエータ制御部
３３記憶部
３４中立点演算部

Claims

舵角を変更する操舵アクチュエータに対し、前記舵角が目標舵角となるように制御する操舵アクチュエータ制御部と、
前記目標舵角を周期的かつ連続的に変動させた場合に、操舵トルクが所定閾値となるときの舵角である閾値舵角に関する閾値舵角情報を格納する記憶部と、
前記閾値舵角情報に基づいて、前記舵角の中立点を求める演算部と、
を備える、操舵制御装置。
前記演算部は、前記目標舵角を複数周期変動させた場合の、前記閾値舵角の平均値に基づいて、前記中立点を求める、
請求項１に記載の操舵制御装置。
前記演算部は、前記舵角の左右方向それぞれにおいて前記閾値舵角の平均値を算出し、左方向の前記閾値舵角の平均値から右方向の前記閾値舵角の平均値までを前記舵角の遊び範囲とし、当該遊び範囲の中心値を前記中立点とする、
請求項２に記載の操舵制御装置。
請求項１から３のいずれか一項に記載の操舵制御装置と、前記操舵アクチュエータと、を備えた車両であって、
前記車両の積載量の変化を検知する検知部を備え、
前記操舵制御装置は、前記車両の積載量の変化が検知された場合に、前記車両の停止状態において前記中立点の演算を自動的に実行する、
車両。