JP7347346B2 - 操舵制御システム、電動パワーステアリング装置および操舵制御プログラム - Google Patents

Description

本開示は、操舵制御システム、電動パワーステアリング装置および操舵制御プログラムに関する。

従来、運転者によるステアリング操作に応じて電動モータを制御する手動操舵モードと、運転者によるステアリング操作によらず電動モータを制御する自動操舵モードとを備える車両の走行制御システムが知られている。

また、従来、自動操舵を維持したまま運転者によるステアリング操作が行われるオーバーライドを実現可能な走行制御システムが知られている。なお、オーバーライド時には、運転者側の操舵感覚を良好にすることが望ましい。

例えば、特許文献１には、自動操舵時に、車両の移動目標位置に基づいて設定される操舵角目標値に基づく信号とモータ回転角センサ、操舵角センサによって検出された操舵角に基づく信号との偏差に応じて電動モータを制御する自動操舵制御部を備え、自動操舵制御部は、オーバーライド時に、トルクセンサによって検出された操舵トルクの値が第１の閾値に達すると、積分器に基づく積分制御を制限する偏差制限部を有する電動パワーステアリング装置が開示されている。

また、例えば、特許文献２には、操舵トルクから回転方向とトルク方向に差をつけたマップによる上限値によりアクチュエータの出力トルクに制限を設けることで、オーバーライドを実現する操舵制御装置が開示されている。

また、例えば、特許文献３には、自動操舵モード中に、運転者によるステアリング操作が行われたことをトルクセンサからの操舵トルクで検知し、操舵トルクの大きさに応じた積分値で手動操舵モードに切り替えるようにする電動パワーステアリング装置が開示されている。

特開２０１８－０４７８１５号公報 特開２０１７－０３６０２５号公報 国際公開第２０１４／１２２９９７号

ところで、上記特許文献１に記載の技術では、積分器への制限のかけ方を、操舵トルクの一定の閾値でのみ行っているため、オーバーライド時に、積分器への制限がかかり続け、積分器による積分動作が継続する場合がある。この場合、オーバーライドに対し補正しようとする強い反発力が働き続けるため、運転者の操舵感覚を良好にすることが難しいという問題がある。

また、上記特許文献２に記載の技術では、出力トルクに制限を設けているため、本来の目標操舵角を示す操舵反力が失われる。その結果、ステアリグが目標操舵角に戻ろうとする力によって、運転者に望ましい操舵角を感覚的に伝えることが困難となるという問題がある。

また、上記特許文献３に記載の技術では、操舵トルクの積算値を用いて、自動操舵から手動操舵（運転者によるステアリング操作）に切り替えるものであって、オーバーライドを実現するものではない。

本開示の目的は、オーバーライド時に運転者の操舵感覚を良好にすることが可能な操舵制御システム、電動パワーステアリング装置および操舵制御プログラムを提供することである。

上記の目的を達成するため、本開示における操舵制御システムは、
ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、
検出された操舵角の検出値と予め定められた操舵角目標値との偏差を積分する積分器を有し、前記積分器の積分結果に基づいて操舵アクチュエータを制御するフィードバック制御部と、
運転者によるステアリングホイールの操舵力を検出する操舵力センサと、
検出された前記操舵力の標準偏差を演算する標準偏差演算部と、
演算された標準偏差に基づいて、前記積分器による積分を抑制する積分抑制部と、
を備える。

本開示における電動パワーステアリング装置は、
上記操舵制御システムと、
上記操舵制御システムにより制御される前記操舵アクチュエータと、
を備える。

本開示における操舵制御プログラムは、
車両を制御するコンピュータに、
ステアリングホイールの操舵角を取得する処理と、
取得された操舵角と予め定められた操舵角目標値との偏差を積分し、積分結果に基づいて操舵アクチュエータを制御する処理と、
運転者によるステアリングホイールの操舵力を取得する処理と、
取得された前記操舵力の標準偏差を演算する処理と、
演算された標準偏差に基づいて、前記積分を抑制する処理と、
を実行させる。

本開示によれば、オーバーライド時に運転者の操舵感覚を良好にすることができる。

図１は、本開示の実施の形態に係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である。 図２は、ＣＰＵの各種機能を示す機能ブロック図である。 図３は、操舵制御部を示すブロック図である。 図４は、オーバーライド演算部等を示すブロック図である。 図５は、電動パワーステアリング装置の動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本開示の実施の形態に係る操舵制御システム３０Ａ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、操舵角センサ２４と、操舵力センサ２６と、車線認識カメラ２８と、操舵制御部３０と、を備える。なお、車速センサ２２、操舵角センサ２４、操舵力センサ２６、車線認識カメラ２８、および、操舵制御部３０は、操舵制御システム３０Ａを構成する。また、操舵アクチュエータ１２と操舵制御システム３０Ａとは、電動パワーステアリング装置１０を構成する。

ステアリングホイール２は、ステアアリングコラム（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、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。

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から電力が供給されることで回転し、その回転を減速して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、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、操舵制御部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、操舵制御部３０の取得部に出力される。

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

操舵力センサ２６は、ステアリングホイール２に加わる操舵トルクに応じた信号を出力する。操舵力センサ２６の出力信号は、操舵制御部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、操舵制御部３０の取得部に出力される。

操舵制御部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。

図２は、ＣＰＵの各種機能を示す機能ブロック図である。図２に示すように、ＣＰＵは、取得部（不図示）、目標操舵角演算部３２、標準偏差演算部３３、オーバーライド演算部３４、フィードバック制御部３５、モータ制御部３６、および、フィードフォワード制御部３７（図３を参照）として機能する。オーバーライド演算部３４は、本開示の「積分抑制部」に対応する。

ＣＰＵは、各種機能を実現することにより、手動操舵、自動操舵、および、オーバーライドそれぞれの制御を実行可能となる。

＜手動操舵の制御＞
まず、手動操舵の制御を実行する場合について説明する。
ＣＰＵは、運転者によるステアリング操作が行われた場合、ステアリングホイール２に加わる操舵トルクおよび車速に基づいて、アシストマップを参照して、モータ指令値を算出する。モータ制御部３６は、算出されたモータ指令値に応じた指令電流を操舵アクチュエータ１２（電動モータ）に出力する。これにより、操舵アクチュエータ１２が回転し、その回転力がステアリングシャフト３に付与されることで、運転者によるステアリング操作をアシストすることが可能となる。

＜自動操舵の制御＞
次に、自動操舵の制御を実行する場合について図２を参照して説明する。ここでは、「自動操舵」の一例として、車両１の運転者の手動操舵によらない車線維持の制御を挙げて説明する。

目標操舵角演算部３２は、車線認識カメラ２８の認識結果に基づいて目標操舵角を演算する。フィードバック制御部３５は、操舵角センサ２４より検出された実操舵角と目標操舵角との偏差に基づいて、比例動作、積分動作および微分動作によりＰＩＤ制御し、モータ指令値を算出する。モータ制御部３６は、算出されたモータ指令値に応じた指令電流を操舵アクチュエータ１２（電動モータ）に出力する。これにより、電動モータの回転力がステアリングシャフト３に付与されることで、車両１を車線に沿って走行させることが可能となる。

ここで、フィードバック制御部３５の詳細について図３を参照して説明する。フィードバック制御部３５は、比例回路３５１、積分回路３５２、微分回路３５３、加算器３５４、乗算器３５５、および、増幅器３５６を有する。

比例回路３５１は、目標操舵角と実操舵角との偏差ｅを、増幅器を用いて増幅する。比例回路３５１は、増幅した偏差ｅを加算器３５４に出力する。

乗算器３５５は、定数を偏差ｅに乗算する。乗算器３５５は、乗算した偏差ｅ’を積分回路３５２に出力する。

積分回路３５２は、演算器３５２１と、飽和要素３５２２と、遅延積分要素３５２３と、増幅器３５２４と、加減算器３５２５とを有する。

演算器３５２１は、制限値（係数）を、偏差ｅ’に乗算する。演算器３５２１は、乗算した偏差ｅ’を飽和要素３５２２に出力する。係数は、自動操舵において、後述するオーバーライドされない場合、１の数値となり、オーバーライドされた場合、０から１の範囲の数値となる。

飽和要素３５２２は、上限値および下限値に基づいて、偏差ｅ’を制限する。飽和要素３５２２は、制限した偏差ｅ”を増幅器３５２４に出力する。

遅延積分要素３５２３は、偏差ｅ”を遅延積分し、加減算器３５２５に出力する。

微分回路３５３は、偏差ｅを微分し、微分した微分値を、増幅器３５３１を用いて増幅する。微分回路３５３は、増幅した微分値を加算器３５４に出力する。

加算器３５４は、比例回路３５１、積分回路３５２および微分回路３５３のそれぞれから出力された値を加算し、加算した値を増幅器３６１に出力する。増幅器３６１は、加算器３５４により加算された値を増幅し、加減算器３８に出力する。

加減算器３８は、フィードフォワード制御部３７から出力された値と、増幅器３６１により増幅された値とを加算し、加算値を、モータ制御部３６に出力する。

＜オーバーライドの制御＞
次に、オーバーライドの制御を実行する場合について図２を参照して説明する。ここでは、「オーバーライド」として、上記の自動操舵の制御（車線維持の制御）を維持したまま運転者によるステアリング操作が行われる場合を一例に挙げて説明する。上述するように、操舵力センサ２６は、運転者によるステアリング操作が行われる場合、ステアリングホイール２に加わる操舵力に応じた信号を出力する。

標準偏差演算部３３は、取得部（不図示）により取得される操舵力センサ２６の所定時間（例えば、数秒間）の検出結果（操舵力）に基づいて、次式（１）から、操舵力の標準偏差ｓを演算する。

図４は、オーバーライド演算部３４等を示すブロック図である。
オーバーライド演算部３４は、図４に示すように、第１減算器３４１、第２減算器３４２、第３減算器３４３、飽和要素３４４、除算器３４５、第１演算器３４６、第２演算器３４７を有する。

第１減算器３４１は、操舵力の標準偏差ｓから標準偏差の最小値ＳＤ＿Ｌｏｗｅｒを減算する。減算した減算値Ｖｓ（ｓ－ＳＤ＿Ｌｏｗｅｒ）は、飽和要素３４４に出力される。なお、最小値ＳＤ＿Ｌｏｗｅｒは、実験又はシミュレーションにより求めることができる。

第２減算器３４２は、標準偏差の最大値ＳＤ＿Ｕｐｐｅｒから標準偏差の最小値ＳＤ＿Ｌｏｗｅｒを減算する。なお、最大値ＳＤ＿Ｕｐｐｅｒは、実験又はシミュレーションにより求めることができる。

飽和要素３４４の上限は、最大値から最小値を減算した値Ｖｓ３（ＳＤ＿Ｕｐｐｅｒ－ＳＤ＿Ｌｏｗｅｒ）に設定される。また、飽和要素３４４の下限は、例えば０に設定される。飽和要素３４４は、上限および下限により、減算値Ｖｓを制限し、制限した減算値Ｖｓ１を第２演算器３４７に出力する。

除算器３４５は、減算値Ｖｓ３で定数１を除算する。つまり、除算器３４５は、減算値Ｖｓ３の逆数を求める。

第２演算器３４７は、減算値Ｖｓ１と除算値（１／Ｖｓ３）とを乗算し、乗算値（Ｖｓ１／Ｖｓ３）を第３減算器３４３に出力する。これにより、乗算値は、０から１の範囲の数値となる。

第３減算器３４３は、定数１から乗算値（Ｖｓ１／Ｖｓ３）を減算する。これにより、減算値Ｖｓ２（＝１－Ｖｓ１／Ｖｓ３）は、０から１の範囲の数値となる。減算値Ｖｓ２は、第１演算器３４６に出力される。

第１演算器３４６は、自動操舵がオンであり、かつ、オーバーライドがオンである場合、制限値（係数）としての減算値Ｖｓ２を、積分回路３５２の演算器３５２１（図３を参照）に出力する。前述するように、演算器３５２１は、制限値（係数）を偏差ｅ’に乗算する。これにより、積分回路３５２の積分動作が抑制される。

次に、電動パワーステアリング装置１０の動作について図５を参照して説明する。図５は、電動パワーステアリング装置１０の動作の一例を示すフローチャートである。図５に示すフローは、車両１の走行中に行われる。なお、以下のステップをＣＰＵが実行するものとして説明する。

まず、ステップＳ１００において、ＣＰＵは、操舵角センサ２４からステアリングホイール２の操舵角を取得する。

次に、ステップＳ１１０において、ＣＰＵは、車線認識カメラ２８から認識結果を取得し、取得した認識結果から目標操舵角を演算する。

次に、ステップＳ１２０において、ＣＰＵは、取得した操舵角と演算した操舵角目標値との偏差に基づいて、ＰＩＤ制御する。

次に、ステップＳ１３０において、ＣＰＵは、操舵力センサ２６から運転者によるステアリングホイール２の操舵力を取得する。

次に、ステップＳ１４０において、ＣＰＵは、取得した操舵力の標準偏差を演算し、標準偏差から係数を算出する。

次に、ステップＳ１５０において、算出した係数に基づいて、ＰＩＤ制御のうちの積分動作を抑制する。その後、図５に示すフローが終了する。

本開示の実施の形態に係る操舵制御システム３０Ａは、ステアリングホイール２の操舵角を検出する操舵角センサ２４と、検出された操舵角の検出値と予め定められた操舵角目標値との偏差を積分する積分回路３５２を有し、積分回路３５２の積分結果に基づいて操舵アクチュエータ１２を制御するフィードバック制御部３５と、運転者によるステアリングホイール２の操舵力を検出する操舵力センサ２６と、検出された操舵力の標準偏差を演算する標準偏差演算部３３と、演算された標準偏差に基づいて、積分回路３５２による積分を抑制するための係数を演算するオーバーライド演算部３４と、を備える。

上記構成により、積分回路３５２による積分を抑制するために、操舵力の標準偏差を用いるため、急激な変動がなく、滑らかな操舵が可能となり、また、操舵力の大きさにより、オーバーライドを加減できるため、オーバーライド時に運転者の操舵感覚を良好にすることができる。

また、上記実施の形態では、操舵力の標準偏差を用いることで、積分回路３５２による積分を抑制するため、オーバーライドから自動操舵に復帰する際にも、急激な変動がないため、違和感なく安定して移行することが可能となる。

その他、上記実施の形態は、何れも本開示の実施をするにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本開示は、オーバーライド時に運転者の操舵感覚を良好にすることが要求される操舵制御システムを備えた電動パワーステアリング装置に好適に利用される。

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
１０ 電動パワーステアリング装置
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 操舵角センサ
２６ 操舵力センサ
２８ 車線認識カメラ
３０ 操舵制御部
３０Ａ 操舵制御システム
３２ 目標操舵角演算部
３３ 標準偏差演算部
３４ オーバーライド演算部
３５ フィードバック制御部
３６ モータ制御部
３７ フィードフォワード制御部
３４１ 第１減算器
３４２ 第２減算器
３４３ 第３減算器
３４４ 飽和要素
３４５ 除算器
３４６ 第１演算器
３４７ 第２演算器
３５１ 比例回路
３５２ 積分回路
３５３ 微分回路
３５４ 加算器
３５５ 乗算器
３５６ 増幅器
３５２１ 演算器
３５２２ 飽和要素
３５２３ 遅延積分要素
３５２４ 増幅器
３５２５ 加減算器
３５３１ 増幅器

Claims (5)

1. ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、
   検出された操舵角の検出値と予め定められた操舵角目標値との偏差を積分する積分器を有し、前記積分器の積分結果に基づいて操舵アクチュエータを制御するフィードバック制御部と、
   運転者によるステアリングホイールの操舵力を検出する操舵力センサと、
   検出された前記操舵力の標準偏差を演算する標準偏差演算部と、
   演算された標準偏差に基づいて、前記積分器による積分を抑制する積分抑制部と、
   を備える、操舵制御システム。
2. 前記積分抑制部は、算出された前記標準偏差から０から１までの所定範囲で係数を算出し、算出した前記係数に基づいて、前記積分器による積分を抑制する、
   請求項１に記載の操舵制御システム。
3. 前記積分抑制部は、前記標準偏差の上限値および下限値に基づいて、前記係数を算出する、
   請求項２に記載の操舵制御システム。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の操舵制御システムと、
   前記操舵制御システムにより制御される前記操舵アクチュエータと、
   を備える、電動パワーステアリング装置。
5. 車両を制御するコンピュータに、
   ステアリングホイールの操舵角を取得する処理と、
   取得された操舵角と予め定められた操舵角目標値との偏差を積分し、積分結果に基づいて操舵アクチュエータを制御する処理と、
   運転者によるステアリングホイールの操舵力を取得する処理と、
   取得された前記操舵力の標準偏差を演算する処理と、
   演算された標準偏差に基づいて、前記積分を抑制する処理と、
   を実行させるための操舵制御プログラム。

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