KR20190058534A - 조타 제어 장치 - Google Patents

Abstract

조타 제어 장치는, 자동 조타 제어량을 생성하는 자동 조타 제어기와, 수동 조타 제어량을 생성하는 수동 조타 제어기를 구비하고, 자동 조타 모드 및 수동 조타 모드 중 어느 한쪽을 선택하여 전동기를 제어한다. 그리고 자동 조타 모드에 의한 제어 중에 조타 토크가 소정값을 초과하면, 수동 조타 제어기는, 초과 시를 기준으로 하는 상기 수동 조작량의 변화에 기초하는 수동 조타 제어량 변화를 생성한 후에 조타 토크에 기초하는 수동 조타 제어량을 생성하고, 초과 시의 자동 조타 제어량에 수동 조타 제어량 변화를 가산한 제어량에 기초하여 전동기를 제어한 후에 수동 조타 모드에 의하여 전동기를 제어한다.

Description

조타 제어 장치

본 발명은 조타 제어 장치에 관한 것이다.

자동차의 조타 장치로서 파워 스티어링 장치 등이 사용되고 있는데, 조타 장치에 사용되는 조타 제어 장치로서, 예를 들어 특허문헌 1에서 제안되어 있는 바와 같이, 수동 조타 모드와 자동 조타 모드를 선택하여 제어하는 기능을 갖는 것이 알려져 있다. 수동 조타 모드에서는, 차량의 운전 상태에 기초하여, 모터 등을 구비한 액추에이터를 제어하여 운전자의 조타력을 보조하는 조타 보조력을 부여하는 어시스트 제어를 행한다. 자동 조타 모드에서는, 상위 컨트롤러의 명령값에 기초하는 목표 타각에 따라 액추에이터를 제어하여 전타륜 타각을 자동으로 조정한다. 조타 제어 장치는, 운전자가 스티어링 휠을 조작하였을 때의 조타 토크를 토크 센서에서 검출하여, 검출된 조타 토크가 역치 미만일 때는 자동 조타 모드로 전환하고 조타 토크가 역치 이상일 때는 수동 조타 모드로 전환한다.

일본 특허 공개 평9-240502호 공보

전술한 바와 같이, 특허문헌 1에 기재된 차량 조타 장치에서는, 자동 조타 모드 중의 조타 토크가 역치를 초과한 경우에 수동 조타 모드로 이행한다. 그러나 수동 조타 모드에서는 스티어링 휠 조작 시의 조타 토크에 따라 어시스트력을 발생시키므로, 조타 토크가 역치에 도달한 직후에 발생하는 액추에이터 출력과 전환 직전(자동 조타 모드 중)의 액추에이터 출력의 대소 관계에 따라 스티어링 휠로부터 받는 감촉이 상이하다. 예를 들어 액추에이터 출력이 이행 직전보다도 크고 동일한 방향인 경우에는 스티어링 휠이 돌연 가벼워지고, 반대로 액추에이터 출력이 이행 직전보다도 작은 경우에는 스티어링 휠이 밀려서 되돌아가는 듯한 감촉을 받게 된다. 이와 같은 위화감은 운전 조작의 방해가 되기 때문에, 차량이 주행 중인 경우에는 차량 거동을 흐트러뜨리는 요인으로 될 가능성이 있다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 입력된 자동 주행 명령에 기초하여, 차량 차륜을 전타하는 조타용 액추에이터의 자동 조타 제어량을 생성하는 자동 조타 제어기와, 상기 차량 차륜을 전타하는 수동 조작부의 수동 조작량에 기초하여 상기 조타용 액추에이터의 수동 조타 제어량을 생성하는 수동 조타 제어기를 구비하고, 상기 자동 조타 제어량에 의하여 상기 조타용 액추에이터를 제어하는 자동 조타 모드, 및 상기 수동 조타 제어량에 의하여 상기 조타용 액추에이터를 제어하는 수동 조타 모드 중 어느 한쪽을 선택하여 상기 조타용 액추에이터를 제어하는 조타 제어 장치이며, 상기 자동 조타 모드에 의한 제어 중에, 상기 차량 차륜을 전타하는 수동 조작부의 수동 조작량이 소정값을 초과하면, 상기 수동 조타 제어기는, 초과 시를 기준으로 하는 상기 수동 조작량의 변화에 기초하는 수동 조타 제어량 변화를 생성한 후에 상기 수동 조작량에 기초하는 수동 조타 제어량을 생성하고, 상기 초과 시의 상기 자동 조타 제어량에 상기 수동 조타 제어량 변화를 가산한 제1 제어량에 기초하여 상기 조타용 액추에이터를 제어한 후에 상기 수동 조타 모드에 의하여 상기 조타용 액추에이터를 제어한다.

본 발명에 의하면, 자동 조타 모드로부터 수동 조타 모드로 이행하였을 때의 조타 위화감을 저감시킬 수 있다.

도 1은 조타 장치 및 조타 제어 장치를 도시하는 도면이다.
도 2는 조타 제어 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 3은 수동 제어량과 수동 조타 제어량의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 조타 제어의 일례를 도시하는 흐름도이다.
도 5는 조타각, 조타 토크 및 전동기 제어량의 시간 변화를 나타내는 도면이다.
도 6은 종래의 경우의 조타 토크 및 전동기 제어량의 시간 변화를 나타내는 도면이다.
도 7은 역방향으로 전타한 경우의 조타 토크 및 전동기 제어량의 시간 변화를 나타내는 도면이다.
도 8은 직진 상태로부터 레인 변경하는 경우의 조타 토크 및 전동기 제어량의 시간 변화를 나타내는 도면이다.
도 9는 변형예에 있어서의 조타 제어의 흐름도를 도시하는 도면이다.
도 10은 변형예에 있어서의 조타각, 조타 토크 및 전동기 제어량의 시간 변화를 나타내는 도면이다.
도 11은 초과 시의 조타 제어량을 상한으로 하여, 그것을 초과하지 않는 범위에서 이행 제어량을 설정하는 경우의 일례를 나타내는 도면이다.
도 12는 초과 시의 조타 제어량을 상한으로 하여, 그것을 초과하지 않는 범위에서 이행 제어량을 설정하는 경우의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 13은 제2 실시 형태에 있어서의 조타 제어 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 14는 조타 토크와 어시스트 제어량의 상관의 일례를 나타내는 도면이다.
도 15는 제2 실시 형태에 있어서의 조타 제어의 일례를 도시하는 흐름도이다.
도 16은 제2 실시 형태에 있어서의 조타 토크, 어시스트 제어량 및 전동기 제어량의 시간 변화를 나타내는 도면이다.
도 17은 제3 실시 형태에 있어서의 조타 제어 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 18은 제3 실시 형태에 있어서의 조타 제어의 일례를 도시하는 흐름도이다.
도 19는 제3 실시 형태에 있어서의 조타 토크, 어시스트 제어량, 수동 기여도 및 전동기 제어량의 시간 변화를 나타내는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 설명한다. 또한 본 발명은 이하의 실시 형태에 한정되는 일 없이, 본 발명의 기술적인 개념 내에서 다양한 변형예나 응용예도 그 범위에 포함하는 것이다.

-제1 실시 형태-

도 1은 조타 장치(1) 및 조타 제어 장치(17)를 도시하는 도면이다. 또한 도 1에서 설명하는 구성은, 이하에 설명하는 각 실시 형태에 있어서 공통되는 구성이다. 조타 장치(1)는 스티어링 휠(2), 스티어링 샤프트(3), 피니언 축(4), 랙 축(5) 및 전동기(7)를 구비하고 있다.

스티어링 샤프트(3)와 피니언 축(4) 사이에는 토크 센서(10)가 마련되어 있다. 토크 센서(10)는, 도시하지 않은 토션 바의 비틀림각에 기초하여 조타 토크 Th를 출력한다. 또한 도시하지 않은 토션 바는 스티어링 샤프트(3)와 피니언 축(4)의 접속부에 배치된다. 또한 토션 바보다도 스티어링 샤프트(3)측에는, 스티어링 휠(2)의 회전각인 조타각을 검출하는 조타각 센서(12)가 배치되어 있다.

피니언 축(4)과 맞물리는 랙 티스가 형성된 랙 축(5)은 피니언 축(4)과 함께 랙 앤드 피니언 기구를 구성하고 있다. 스티어링 휠(2)이 회전 조작되면, 스티어링 샤프트(3)을 통하여 피니언 축(4)에 회전이 전달되고, 랙 앤드 피니언 기구에 의하여 피니언 축(4)의 회전이 랙 축(5)의 직동 운동으로 변환된다. 그 결과, 랙 축(5)의 양단에 접속된 타이 로드(8)를 통하여 전타륜(9)이 전타된다.

랙 축(5)에는, 액추에이터인 전동기(7)가 감속 기구(6)를 통하여 접속되어 있다. 도 1에 도시한 예에서는, 감속 기구(6)는, 전동기(7)의 출력축(14)에 장착된 벨트·풀리(15)와, 벨트·풀리(15)에 의하여 구동되는 볼 나사(16)를 구비하고 있다. 감속 기구(6)에 의하여 전동기(7)의 토크가 랙 축(5)의 병진 방향력으로 변환된다. 또한 감속 기구(6)로서는, 스티어링 휠 입력의 경우와 마찬가지로 랙 앤드 피니언을 사용하는 구성이나, 볼 나사의 너트를 중공 모터에 의한 직접 구동하는 구성 등을 이용해도 된다.

전동기(7)의 동작을 제어하는 조타 제어 장치(17)는 입력 단자(18)와 출력 단자(19)를 구비하고 있다. 입력 단자(18)에는, 예를 들어 차량 제어 장치(20)로부터의 입력 정보(21), 토크 센서(10)로부터의 조타 토크 Th, 조타각 센서(12)로부터의 조타각 δh 및 차속 등의 차량 상태 정보(22)가 입력된다. 입력 정보(21)에는, 차량의 주행 모드나 자동 조타에 관한 목표 타각이 포함된다. 또한 조타 제어 장치(17)의 출력 단자(19)로부터는, 조타 장치(1)의 조타 제어량이나 조타 장치(1)의 상태 정보를 포함하는 출력 정보(23)가 출력된다.

여기서 차량 제어 장치(20)란, 조타 장치(1)를 탑재하는 차량에 탑재되어 있는 제어 장치이다. 차량 제어 장치(20)는, 차량 상태량(차량의 속도, 전후 좌우 가속도, 요우 레이트 등)과, 스티어링 조작, 액셀러레이터 조작, 각종 스위치 조작 등의 정보에 기초하여, 적어도 조타 장치(1)를 포함하는 차량의 각 액추에이터에 대한 제어량의 연산과 송신을 행함과 함께, 자동 조타 모드와 수동 조타 모드 중 어느 한쪽 모드의 선택, 및 각 액추에이터에 대한 실행 요구 등을 행하는 기능을 갖고 있다.

도 2는, 전동기(7)를 제어하는 조타 제어 장치(17)의 구성을 도시하는 블록도이다. 조타 제어 장치(17)는 적어도 수동 조타 제어기(31), 자동 조타 제어기(32), 제어 선택부(33), 전동기 제어량 연산부(34), 수동 변화분 연산부(35), 이행 제어량 연산부(36), 전동기 구동 회로(44)를 구비하고 있다.

자동 조타 제어기(32)에는 적어도, 차량 제어 장치(20)로부터의 입력 정보(21)와, 조타 장치(1)로부터의 조타각 δh, 실타각(37) 및 조타 토크 Th가 입력된다. 차량 제어 장치(20)로부터의 입력 정보(21)에는 적어도, 자동 조타 모드를 실행하기 위한 자동 조타 모드 실행 명령이나 목표 타각이 포함된다. 실타각(37)은 차륜(9)의 실제의 회전각이며, 전동기 구동 회로(44)에서 검출되는 전동기(7)의 회전각으로부터 산출되거나, 랙 축(5)에 장착된 센서 등에서 검출되거나 한다.

자동 조타 제어기(32)는 이들 입력 정보에 기초하여 자동 조타 제어량(38)을 출력한다. 자동 조타 제어량(38)은, 예를 들어 차량 제어 장치(20)로부터 송신되는 목표 타각과 차륜(9)의 실타각(37)의 타각 차를 저감시키기 위하여, 타각 차를 없애는 출력을 전동기(7)에 요구하는 토크 명령값이다.

수동 조타 제어기(31)에는 적어도, 수동 변화분 연산부(35)로부터의 수동 제어량 Tm과, 조타 장치(1)로부터의 조타각 δh, 및 실타각(37)이 입력된다. 수동 변화분 연산부(35)는 입력되는 조타 토크 Th, 조타각 δh, 및 실타각(37)에 기초하여, 조타 모드에 따른 수동 제어량 Tm을 연산한다. 수동 조타 제어기(31)는 입력된 수동 제어량 Tm, 조타각 δh 및, 실타각(37)에 기초하여, 운전자의 조타력을 보조하기 위한 수동 조타 제어량(40)을 출력한다.

도 3은, 수동 제어량 Tm과 수동 조타 제어량(40)의 관계의 일례를 나타내는 도면이다. 수동 조타 제어량(40)은, 운전자의 조타력을 어시스트하는 어시스트력을 발생시키기 위한 출력을 전동기(7)에 요구하는 토크 명령값이며, 수동 제어량 Tm과 도 3에 나타낸 바와 같은 상관 관계에 기초하여 산출된다. 또한 도 3의 특성은 차속 등의 차량 상태량에 따라 변화되는 것으로 해도 된다.

도 2로 되돌아가, 제어 선택부(33)는, 입력 정보(21)에 포함되는 조타 모드 정보와 조타 토크 Th에 기초하여, 입력된 자동 조타 제어량(38) 및 수동 조타 제어량(40) 중 어느 한쪽을 선택하여, 그것을 조타 제어량 Mc로서 출력한다.

이행 제어량 연산부(36)는, 조타 토크 Th와 조타각 δh, 또는 실타각(37)에 기초하여, 자동 조타 모드로부터 수동 조타 모드로 이행할 때의 이행 제어량 Mm을 연산하고, 연산한 이행 제어량 Mm을 전동기 제어량 연산부(34)에 출력한다.

전동기 제어량 연산부(34)는 입력된 조타 제어량 Mc 및 이행 제어량 Mm에 기초하여 전동기 제어량 Mr을 출력한다. 전동기 제어량 Mr은, 전동기(7)에 출력을 요구하는 토크 명령값이다. 전동기 제어량 Mr은 전동기 구동 회로(44)에 입력된다.

전동기 구동 회로(44)는 입력된 전동기 제어량 Mr에 따른 토크를 발생시키도록, 전동기(7)의 상태에 따른 구동 전류(45)를 생성하여 조타 장치(1)의 전동기(7)를 구동한다.

(동작 설명)

다음으로, 조타 제어 장치(17)의 동작에 대하여 도 4, 5를 참조하여 설명한다. 도 4는, 차량이 「자동 조타 모드」에서 주행 중에 운전자가 스티어링 휠(2)을 조작한 경우의 조타 제어 장치(17)의 제어의 개략을 도시하는 제어 흐름도이다. 도 5는, 차량이 일정한 곡률을 갖는 원호 형상의 도로를 주행하고 있는 상태를 설명하는 도면이며, (a)는 조타각 δh의 시간 변화를 나타내고, (b)는 조타 토크 Th의 시간 변화를 나타내고, (c)는 전동기 제어량 Mr의 시간 변화를 나타낸다.

또한 도 4의 스텝 S0 및 스텝 S1은 도 5의 t3 내지 t5에 있어서의 처리를 나타내고 있고, 스텝 S2로부터 스텝 S6까지는 t=t5에 있어서의 처리를 나타내고 있고, 스텝 S7로부터 스텝 S12까지는 t5 내지 t7의 처리를 나타내고 있고, 스텝 S13은 t>t7에 있어서의 처리를 나타내고 있다.

≪스텝 S0≫

도 4의 스텝 S0에 있어서는, 차량은 자동 조타 모드에서 주행하고 있다. 즉, 차량 제어 장치(20)로부터의 입력 정보(21)에 포함되는 조타 모드 정보는 자동 조타 모드로 되어 있으며, 입력 정보(21)에는 자동 조타 모드에서의 타각 목표값이 포함되어 있다. 조타 제어 장치(17)는 조타 모드 정보로부터 자동 조타 모드인 것을 인식하고, 자동 조타 제어기(32)는, 타각 목표값이 실현되는 자동 조타 제어량(38)을 산출하여 출력한다. 제어 선택부(33)는, 자동 조타 제어기(32)로부터 입력되는 자동 조타 제어량(38)을 조타 제어량 Mc로서 출력한다.

자동 조타 모드에 있어서는, 전동기 제어량 연산부(34)는, 이행 제어량 연산부(36)로부터 입력되는 이행 제어량 Mm의 값에 관계없이, 제어 선택부(33)로부터 출력된 조타 제어량 Mc(즉, 자동 조타 제어기(32)로부터의 자동 조타 제어량(38))를 전동기 제어량 Mr로서 출력한다. 그리고 전동기 제어량 Mr에 기초하는 구동 전류(45)가 전동기 구동 회로(44)로부터 출력되어 타각 목표값을 실현하도록 조타 장치(1)의 전동기(7)가 구동된다.

도 5의 t3 내지 t4에 있어서는, 차량이 일정한 곡률을 갖는 원호 형상의 도로를 주행하도록 자동 조타 모드에 의하여 일정한 타각(=타각 목표값)으로 제어되고 있으며, 운전자가 스티어링 휠(2)로부터 손을 뗀 상태에서 차량은 주행하고 있다. 이때, 차량은 일정한 곡률의 궤도를 주행하고 있기 때문에, 차륜(9)을 전타하기 위하여 필요한 조타력은 일정해진다. 자동 조타 모드에서는 조타력은 전동기(7)만에 의존하고 있으므로, 도 5의 (c)에 나타낸 바와 같이, t3 내지 t4에 있어서의 전동기 제어량 Mr은 일정값으로 되어 있다. 또한 t3 내지 t4에 있어서는, 스티어링 휠(2)은 운전자에 의하여 조작되고 있지 않으므로 조타 토크 Th는 0으로 되어 있으며(도 5의 (b)), 조타각 δh도 타각 목표값에 대응하는 조타각 A로 일정하게 되어 있다(도 5의 (a)).

≪스텝 S1≫

스텝 S1에서는, 조타 제어 장치(17)는, 조타 토크 Th의 절댓값 |Th|가 미리 설정한 조타 토크 역치 C를 초과하였는지의 여부를 판정하여, |Th|>C인 경우에는 수동 조타 모드로의 이행 요구가 있다고 판단하여 스텝 S2로 나아간다. 한편, |Th|≤C인 경우에는 스텝 S0으로 되돌아가 자동 조타 모드를 계속한다.

도 5에 나타내는 예에서는, t=t4에 있어서 운전자에 의한 스티어링 휠(2)의 조작이 개시된다. 여기서는, 차륜(9)의 전타량을 증가시키는 조타가 행해지며, 그때의 조타 토크 Th의 부호를 플러스로 한다.

전술한 바와 같이, 자동 조타 모드에서는, 타각은 타각 목표값을 유지하도록 전동기 제어량 Mr이 제어된다. 그 때문에, 스티어링 휠(2)의 조작에 의하여 토션 바가 비틀려 조타각 δh가 약간 변화되더라도 타각은 일정하게 유지된다. 스티어링 휠(2)의 조작에 의하여 토션 바가 비틀리면 조타 토크 Th(>0)가 토크 센서(10)에 의하여 검출된다. t4 내지 t5에서는 토션 바의 비틀림의 증가에 수반하여 조타 토크 Th가 증가한다. 조타각 δh도 토션 바의 비틀림분만큼 약간 증가해 있다. 그리고 t=t5에 있어서 |Th|>C로 되면, 스텝 S1에 있어서 "예"로 판정되어 스텝 S2로 나아간다.

≪스텝 S2≫

스텝 S1에서 스텝 S2로 나아가면, 스텝 S2에 있어서, t=t5에 있어서의 조타 토크 Th를, 즉, |Th|>C로 된 초과 시의 조타 토크 Th를 변수 Tc로서 조타 제어 장치(17)의 기억부(도시하지 않음)에 기억한다. 이때, 변수 Tc는 C와 동등하다고 간주할 수 있다. 또한 수동 변화분 연산부(35)로부터 수동 조타 제어기(31)에 출력되는 수동 제어량 Tm이 Tm=0으로 세트된다. 그 결과, t=t5에 있어서, 수동 조타 제어기(31)로부터 출력되는 수동 조타 제어량(40)은 0으로 된다(도 3 참조). 여기서 초과 시란, 엄밀한 t=t5일 필요는 없으며, 변수 Tc로서는, 제어적인 시간 어긋남 등을 고려한 시간 폭에 있어서 취득된 조타 토크 Th이면 된다.

≪스텝 S3≫

스텝 S3에 있어서, 이행 제어량 연산부(36)는, |Th|>C로 된 초과 시에 제어 선택부(33)로부터 출력되는 조타 제어량 Mc(=자동 조타 제어량(38))를 저장하고, t=t5 이후에는 저장한 Mc를 이행 제어량 Mm으로서 출력한다.

≪스텝 S4≫

스텝 S4에 있어서, 제어 선택부(33)는, 제어 선택부(33)로부터 출력되는 조타 제어량 Mc를 자동 조타 제어량(38)으로부터 수동 조타 제어량(40)으로 전환한다.

≪스텝 S5≫

스텝 S5에 있어서, 조타 제어 장치(17)는 전술한 변수 Tc의 절댓값 |Tc|를 변수 Tp로서 저장한다.

≪스텝 S6≫

스텝 S6에 있어서, 전동기 제어량 연산부(34)는 다음 식 (1)에 의하여 전동기 제어량 Mr을 연산한다. 즉, t=t5로부터는 조타 제어량 Mc와 이행 제어량 Mm에 기초하여 전동기 제어량 Mr을 다음 식 (1)에 의하여 연산하고, 그 전동기 제어량 Mr을 전동기 제어량(43)에 출력한다. 전동기 구동 회로(44)는 이 전동기 제어량 Mr에 기초하여 구동 전류(45)를 생성하고, 생성된 구동 전류(45)에 의하여 조타 장치(1)의 전동기(7)가 구동된다.

Mr=Mc+(Tp/|Tc|)Mm … (1)

도 5에 있어서는, t=t5에 있어서 스텝 S1에서 |Th|>C로 판정되어 Tm=0으로 됨과 함께, t=t5에 있어서의 조타 제어량 Mc(t5)가 이행 제어량 Mm으로 된다. 스텝 S2에서 Tm=0으로 되면 수동 조타 제어량(40)은 0으로 되므로, 스텝 S4에서 조타 제어량 Mc로서 수동 조타 제어량(40)으로 전환되면, 제어 선택부(33)로부터 출력되는 조타 제어량 Mc는 Mc=0으로 된다. 또한 t=t5에서는 Tp/|Tc|=1이므로, 식 (1)로부터 산출되는 전동기 제어량 Mr은 Mr=Mm(=Mc(t5))으로 된다. 즉, t=t5에서는, 전동기 제어량 Mr은 이행 제어량 Mm으로 된다.

≪스텝 S7≫

스텝 S7에서는, 토크 센서(10)로부터 출력되는 조타 토크 Th의 절댓값 |Th|와 변수 Tp를 비교하여, |Th|≥Tp인 경우에는 스텝 S9로 나아가고 |Th|<Tp인 경우에는 스텝 S8로 나아간다.

도 5에 나타내는 예에서는, t5와 t6 사이에서는 Th>C이므로 |Th|≥Tp(=C)의 조건이 만족되어 스텝 S7로부터 스텝 S9로 나아간다. 또한 t5 내지 t6에 있어서는, 전타량이 증가하는 방향으로 스티어링 휠(2)을 조타한 후, 전타량이 감소하는 방향으로 스티어링 휠(2)을 조작하고 있으며, t≤t6에 있어서 조타각 δh<A, 조타 토크 Th<C로 된다. 그 때문에, t5 내지 t6에 있어서는 스텝 S7로부터 스텝 S9로 나아가고, t6 이후에는 |Th|<Tp로 판정되어 스텝 S8로 나아간다.

≪스텝 S8≫

스텝 S8에서는, 스텝 S5에 있어서 Tp=|Tc|와 같이 설정된 변수 Tp를, 함수 g(x)를 이용하여 Tp=g(|Tc|)와 같이 치환한다. 여기서, 함수 g(x)로서는, g(Tc)=Tc이고 g(0)=0으로 되는 임의의 함수를 선택하면 된다.

≪스텝 S9≫

스텝 S9에서는, 수동 변화분 연산부(35)는, 다음 식 (2)에서 산출되는 Tm을 수동 제어량 Tm으로서 출력한다. 또한 sgn(Th)는 Th의 부호를 나타낸다.

Tm=sgn(Th)×(|Th|-Tp) … (2)

≪스텝 S10≫

스텝 S10에서는, 수동 조타 제어기(31)는, 입력된 수동 제어량 Tm(=sgn(Th)×(|Th|-Tp))에 대하여, f(Tm)으로 산출되는 수동 조타 제어량(40)을 제어 선택부(33)에 출력한다. 여기서, 함수 f(x)는, 조타 토크와 수동 조타 제어량의 관계를 나타내는 임의의 함수를 나타낸다. 스텝 S4에 있어서 설명한 바와 같이, 제어 선택부(33)는 조타 제어량 Mc로서 수동 조타 제어량(40), 즉, f(Tm)을 출력하므로, 전동기 제어량 연산부(34)에는 f(sgn(Th)×(|Th|-Tp))가 조타 제어량 Mc로서 입력된다. 그 결과, 전동기 제어량 연산부(34)는, 스텝 S10에서 산출한 조타 제어량 Mc=f(sgn(Th)×(|Th|-Tp))와, 이행 제어량 연산부(36)로부터 출력되는 이행 제어량 Mm과, 식 (1)로부터 전동기 제어량 Mr을 산출하여 출력한다.

≪스텝 S11≫

스텝 S11에서는, 조타 토크 Th의 절댓값 |Th|와 미리 설정된 이행 하한값 D의 비교를 행하여, |Th|≥D인 경우에는 스텝 S7로 되돌아가고 |Th|<D인 경우에는 스텝 S12로 나아간다.

도 5에 나타내는 예에서는, t5<t<t6에 있어서는 「S7→S9→S10→S11」의 처리가 반복되고, t6≤t<t7에 있어서는 「S7→S8→S9→S10→S11」의 처리가 반복된다. 그리고 t=t7에 있어서 스텝 S11에서 "예"로 판정되어 스텝 S12로 나아간다.

t5<t<t6에서는, 스텝 S9에서 산출되는 Tm은 Tm=|Th|-Tp=ΔT로 되고, 스텝 S10의 조타 제어량 Mc는 Mc=f(ΔT)로 된다. 여기서, ΔT는 도 5의 (b)의 조타 토크 Th와 조타 토크 역치 C의 차분에 상당한다. 또한 Tp/|Tc|=1이므로, 식 (1)에서 나타나는 전동기 제어량 Mr은 Mr=f(ΔT)+Mm으로 된다. 도 5의 (c)의 파선은 (Tp/|Tc|)Mm을 나타내고 있으며, t5<t<t6에서는 일정값 Mm으로 된다.

또한 t6<t<t7에서는, 수동 제어량 Tm이나 전동기 제어량 Mr의 연산에 있어서의 Tp에, 스텝 S8에서 산출되는 Tp=g(|Th|)가 이용된다. 스텝 S7로부터 스텝 S8로 이행한 경우에는 |Th|<Tp=|Tc|=C이므로 g(|Th|)<C이며, g(|Th|)는 조타 토크 Th의 감소와 함께 작아진다. 그 결과, 수동 제어량 Tm이 감소하고, 그에 따라 「Mr=Mc+(Tp/|Tc|)Mm」의 우변 제1항의 Mc도 감소한다. 또한 Tp의 감소에 따라 Tp/|Tc|도 감소하므로, (Tp/|Tc|)Mm을 나타내는 도 5의 (c)의 파선 라인도 감소한다.

이와 같은 제어를 행함으로써, 스텝 S9에서 산출되는 수동 제어량 Tm은 조타 토크 Th의 저하와 함께 실제의 조타 토크에 근접하게 되고, 스텝 S10에 있어서의 수동 조타 제어량(=조타 제어량)은 통상의 수동 조타 모드일 때의 값에 근접한다. 또한 전동기 제어량 Mr의 계산에서도 조타 토크 Th의 감소와 함께 (Tp/|Tc|)Mm의 값이 감소하므로, 전동기 조타량 Mr은 수동 조타 제어량 f(Th)에 서서히 근접한다. 그 후, t=t7에 있어서 |Th|<D로 되면 스텝 S12로 나아간다.

≪스텝 S12≫

스텝 S11에 있어서 |Th|<D로 판정되어 스텝 S12로 나아간 경우, 조타 제어 장치(17)는 제어 모드가 수동 조타 모드로 완전히 이행하였다고 판단한다. 즉, 이행 제어량 연산부(36)로부터 출력되는 이행 제어량 Mm을 Mm=0으로 함과 함께, 수동 변화분 연산부(35)로부터 출력되는 수동 제어량 Tm을 Tm=Th로 한다. 그 때문에, 수동 조타 제어기(31)로부터는 수동 조타 제어량 f(Th)이 출력되며, 전동기 제어량 연산부(34)로부터 출력되는 전동기 제어량 Mr은, Mr=Mc=f(Th)와 같이 수동 조타 제어량 f(Th)와 동일해진다. 이것에 의하여 t=t7 이후에는, 조타 장치(1)는 통상의 수동 조타 모드에서 제어되게 된다.

전술한 바와 같이, t=t5로부터 운전자가 추가로 조타하여 조타 토크 Th가 증가하면(스텝 S7), 조타 제어량 Mc는, t=t5에 있어서의 조타 토크 Tc로부터의 차분(도 5의 경우에는 증가분) ΔT에 따른 수동 조타 제어량 f(ΔT)로 된다. 또한 t5 내지 t6에서는 Th>C이므로 스텝 S7로부터 스텝 S9로 나아가는데, 그 경우에는 Tp=|Tc|이므로 (Tp/|Tc|)Mm=Mm으로 된다. 그 때문에, 식 (1)에서 산출되는 전동기 제어량 Mr은 Mr=Mc+Mm으로 되며, 전동기 제어량 Mr은, t=t5인 전동기 제어량(Mm)을 기점으로 하여 운전자의 조타의 증가분에 대응하도록 증가한다. 이와 같이 ΔT에 기초하는 제어를 행함으로써, 종래와 같이 모드 전환 시의 조타 토크 Th에 기초하여 전동기 제어량 Mr이 생성되는 경우에 비하여, 자동 조타 모드로부터 수동 조타 모드로 전환한 직후(t5)의 전동기(7)의 출력이 크게 변화되는 것을 방지할 수 있다.

그 결과, 운전자는 스티어링 휠(2)의 조작이 돌연 가벼워지거나 무거워지거나 하듯이 느끼는 일이 없어 조타 모드가 이행하였을 때의 운전 조작이 용이해지는 효과가 얻어진다. 또한 긴급 조타를 한 경우에도 운전자의 조작이 운전 모드 전환 직후에 반영되기 때문에 장해물의 긴급 회피 등을 안전하게 실행할 수 있다.

한편, 전술한 특허문헌 1에 기재된 차량 조타 장치에서는, 자동 조타 모드 중의 조타 토크가 역치를 넘으면 단순히 수동 조타 모드로 이행한다. 그러나 수동 조타 모드에서는 스티어링 휠 조작 시의 조타 토크 Th에 따라 어시스트력을 발생시키므로, 전환 직후에 요구되는 액추에이터 출력(조타 토크 Th=C에 대응하는 액추에이터 출력)과 전환 직전의 액추에이터 출력의 대소 관계에 따라 스티어링 휠로부터 받는 감촉이 상이하다.

예를 들어 액추에이터 출력이 이행 직전보다도 크고 동일한 방향인 경우에는 스티어링 휠이 돌연 가벼워지고, 반대로 액추에이터 출력이 이행 직전보다도 작은 경우에는 스티어링 휠이 밀려서 되돌아가는 듯한 감촉을 받게 된다. 이와 같은 위화감은 운전 조작의 방해가 되기 때문에, 차량이 주행 중인 경우에는 차량 거동을 흐트러뜨리는 요인으로 될 가능성이 있다.

도 6은, 종래의 제어에 있어서, 액추에이터 출력이 이행 직전보다도 크고 동일한 방향인 경우의 거동을 나타낸 것이다. 도 6의 (a)는 조타 토크의 시간 변화를 나타내고, 도 6의 (b)는 전동기 제어량의 시간 변화를 나타낸다. 운전자는, 조타 토크 Th2에 상당하는 타각으로 전타하고자 t=t4에 스티어링 휠(2)의 조작을 개시한다. 그리고 t=t5에 있어서 조타 토크 Th가 모드 전환의 역치 C를 초과하면, 즉각 수동 조작 모드로 이행한다. 그 때문에, 이행 시의 조타 토크 Th=C(>Th2)에 따라 어시스트력이 급격히 커지면, 어시스트력의 증가에 따라 조타 토크도 크게 저하된다. 도 6의 예에서는, 전동기 제어량 Mr이, 조타 토크 Th2에 대응하는 전동기 제어량 Mr2보다도 크게 오버슈트하여, 전동기 제어량 Mr 및 조타 토크 Th의 진동이 발생하고 있다.

도 7은, 도 5와 마찬가지로 자동 운전 모드에서 일정한 곡률의 궤도를 주행하는 차량에 대하여 역방향으로 전타한 경우, 즉, 자동 운전으로 주행하고 있는 궤도의 외측으로의 이동을 의도하여 조타를 개시한 경우를 나타낸다. 도 7의 (a)는, 운전자가 스티어링 휠(2)을 조타하였을 때의 조타 토크 Th의 시간 변화를 나타내고, 도 7의 (b)는 그 경우의 전동기 제어량 Mr의 시간 변화를 나타낸다.

전술한 도 5의 경우와 마찬가지로 t=t4에서 스티어링 휠(2)을 잡고 조타를 개시한다. 조타 토크(11)가 조타 토크 역치 C에 도달한 t=t5에 도 4의 스텝 S2로 이행한다. 또한 t=t5에 있어서, 직전에 출력하고 있던 조타 제어량 Mc(즉, 전동기 제어량 Mr=Mc)를 이행 제어량 Mm으로서 유지하고, 그 이행 제어량 Mm에, t5의 조타 토크 Th를 기준으로 한 조타 토크 변화량(ΔT)에 대응한 수동 조타 제어량 f(ΔT)를 가산한 것을 전동기 제어량 Mr로 한다. 도 7에서는 도 5의 경우와 반대로 전타하기 때문에 전동기 제어량 Mr은, t=t5에 있어서의 전동기 제어량 Mr을 기점으로 하여 f(ΔT)만큼 감소하도록 출력된다.

종래의 제어의 경우에 도 7과 같은 조타를 운전자가 행하면, t=t5에 있어서의 조타 토크양에 따라, 그때까지 차륜(9)을 전타하고 있던 방향과는 반대 방향으로 전타시키기 위한 전동기 출력이 발생하여, 운전자는 상정보다도 크게 전타해 버릴 가능성이 있다. 그러나 본 발명의 제어에서는, 그때까지 발생하고 있던 출력을 감소시키는 동작으로 변화되므로, 운전자가 잘못해서 크게 전타해 버리는 일이 없다. 그 때문에, 조타 모드가 이행한 직후의 운전 조작이 용이해지는 효과가 얻어진다. 또한 긴급 조타를 한 경우에도 운전자의 조작이 운전 모드 전환 직후에 반영되기 때문에 장해물의 긴급 회피 등을 안전하게 실행할 수 있다.

전술한 도 5, 7에 나타낸 것에서는, 자동 조타 모드에 있어서 소정의 곡률로 주행하고 있는 경우에, 스티어링 휠(2)을 조작하여 수동 조타 모드로 이행하는 경우에 대하여 설명하였다. 도 8은, 직진 상태로부터 레인 변경하는 경우의, 조타 토크 Th 및 전동기 제어량 Mr의 시간 추이를 나타낸 것이다. 이 경우, 조타 토크 Th가 역치 C를 초과할 때까지는, 전동기 제어량 Mr은 Mr=0으로 되어 있다.

(변형예)

도 9, 10은 변형예를 설명하는 도면이며, 도 9는 흐름도를 도시하고, 도 10은 조타각 δh, 조타 토크 Th 및 전동기 제어량 Mr의 시간 변화를 나타낸다. 도 10에서는, 도 5의 경우와 마찬가지로, 일정한 곡률을 갖는 원호 형상의 도로를 주행 중인 상태를 나타낸다.

도 4에 도시한 흐름도에서는, t=t5에 있어서 조타 토크 Th가 역치 C를 초과하면(도 5 참조), t>t5에 있어서는 조타 토크 Th의 변화에 따라 수동 제어량 Tm을 「Tm=sgn(Th)×(|Th|-Tp)」과 같이 연산하고, 전동기 제어량 Mr을 식 (1)에 의하여 연산하도록 하였다. 한편, 도 9의 흐름도에서는, 조타각에 따라 수동 제어량 Tm 및 전동기 제어량 Mr을 연산하도록 하였다.

도 9의 흐름도에 있어서, 도 4의 흐름도와 마찬가지의 처리를 행하는 스텝은 동일한 부호를 붙였다. 이하에서는 처리가 상이한 스텝을 중심으로 설명하며, 중복되는 설명은 생략한다. 도 9의 스텝 S0으로부터 스텝 S4까지는 도 4의 스텝 S0에서 스텝 S4까지의 처리와 동일하여 생략한다. 즉, 조타 토크 Th가 역치 C를 초과하면 수동 제어량 Tm은 Tm=0으로 됨과 함께, 초과 시의 조타 제어량(즉, 자동 조타 제어량(38))이 이행 제어량 Mm으로서 출력되고, 제어 선택부(33)로부터 수동 조타 제어량(40)이 조타 제어량 Mc로서 출력된다.

≪스텝 S21≫

스텝 S21에서는, 조타 제어 장치(17)는 초과 시의 조타각 δh의 절댓값 |δh|를 변수 δc 및 δp로서 저장한다.

≪스텝 S22≫

스텝 S22에 있어서, 전동기 제어량 연산부(34)는 조타 제어량 Mc와 이행 제어량 Mm에 기초하여 전동기 제어량 Mr을 다음 식 (3)에 의하여 연산하고, 그 전동기 제어량 Mr을 전동기 구동 회로(44)에 출력한다. 초과 시에 있어서는 Tm=0이므로 수동 조타 제어량(40) 및 조타 제어량 Mc는 0으로 되고, 또한 δp=δc=|δh|이므로 전동기 제어량 Mr은 Mr=Mm으로 된다.

Mr=Mc+(δp/δc)Mm … (3)

≪스텝 S23≫

스텝 S23에 있어서, 조타각의 절댓값 |δh|와 변수 δp의 크기를 비교하여, |δh|≥δp인 경우에는 스텝 S25로 나아가고 |δh|<δp인 경우에는 스텝 S24로 나아간다.

≪스텝 S24≫

스텝 S23으로부터 스텝 S24로 나아간 경우에는, 스텝 S24에 있어서, 변수 δp를 함수 h(|δh|)에서 산출되는 값으로 치환한다. 여기서, 함수 h(x)는, h(δc)=Tc, h(0)=0으로 되는 임의의 함수를 선택하면 된다.

≪스텝 S25≫

스텝 S25에서는, 수동 변화분 연산부(35)는, 다음 식 (4)에서 산출되는 Tm을 수동 제어량으로서 출력한다.

Tm=sgn(Th)×(|Th|- (δp/δc)Tc) … (4)

≪스텝 S26≫

스텝 S26에서는, 조타각 δh의 절댓값 |δh|와 미리 설정된 이행 하한값 δd의 비교를 행하여, |δh|≥δd인 경우에는 스텝 S3으로 되돌아가고 |δh|<δd인 경우에는 스텝 S12로 나아간다. 즉, 조타각 δh가 대략 중립 위치로 되돌아가면 스텝 S12로 나아가 완전한 수동 조타 모드로 이행한다. 또한 도 4에 도시한 예에서는, 조타각이 아니라 조타 토크 |Th|가 값 D를 하회하였을 때 완전한 수동 조타 모드(스텝 S12)로 이행하였다.

도 10에 나타내는 예에서는, t5<t<t6에 있어서는 「S23→S25→S10→S26」의 처리가 반복되고, t6≤t<t9에 있어서는 「S23→S24→S25→S10→S26」의 처리가 반복된다. 그리고 t=t9에 있어서 스텝 S26에서 "예"로 판정되어 스텝 S12로 나아간다~.

t5<t<t6에서는 δp/δc=1이므로, 스텝 S25에서 산출되는 Tm은 Tm=|Th|-Tc=ΔT로 되고, 스텝 S10의 조타 제어량 Mc는 Mc=f(ΔT)으로 된다. 또한 식 (3)에서 나타나는 전동기 제어량 Mr은 Mr=f(ΔT)+Mm으로 된다. 도 10의 (c)의 파선은 (δp/δc)Mm을 나타내고 있으며, t5<t<t6에서는 일정값 Mm으로 된다.

또한 t6<t<t9에서는, 수동 제어량 Tm이나 전동기 제어량 Mr의 연산에 있어서의 δp에, 스텝 S24에서 산출되는 δp=h(|δh|)가 이용된다. 스텝 S23에서 스텝 S24로 이행한 경우에는 |δh|<δp=δc이므로, 스텝 S24에서 산출되는 δp=h(|δh|)는 δp<δc로 된다. 그리고 δp(=h(|δh|))의 값은 조타각 δh의 감소와 함께 작아진다. 그 결과, t6<t<t9에 있어서 도 10의 (a)와 같이 δh가 감소하면 수동 제어량 Tm도 감소하고, 그에 따라 「Mr=Mc+(δp/δc)Mm」의 우변 제1항의 Mc도 감소하게 된다. 또한 δp의 감소에 따라 (δp/δc)도 감소하므로, (δp/δc)Mm을 나타내는 도 10의 (c)의 파선 라인도 감소 경향으로 된다.

이와 같은 제어를 행함으로써, 스텝 S25에서 산출되는 수동 제어량 Tm은, 조타각 δh의 저하와 함께 실제의 조타 토크에 근접하게 되고, 스텝 S10에 있어서의 수동 조타 제어량(=조타 제어량)은 통상의 수동 조타 모드일 때의 값에 근접한다. 또한 전동기 제어량 Mr에 있어서도, 조타각 δh의 감소와 함께 (δp/δc)Mm의 값이 감소하므로 전동기 조타량 Mr은 수동 조타 제어량의 값에 근접한다. 그 후, t=t9에 있어서 |δh|<δd로 되면 스텝 S12로 나아간다.

전술한 변형예의 경우에도, |Th|>C로 된 초과 시에 있어서는 Mr=Mm으로 설정되고, 그 후에는 역치 C를 기준으로 한 조타 토크의 변화량 ΔT=|Th|-Tc가 수동 제어량 Tm으로 설정된다. 이때, 전동기 제어량 Mr은 Mr=Mc+Mm으로 되고, Mc=f(ΔT)로 되므로, 전동기 제어량 Mr은 t=t5의 전동기 제어량(Mm)을 기점으로 하여 조타 토크 Th의 변화분에 대응하도록 변화된다. 그 때문에, 종래와 같이 모드 전환 시의 조타 토크 Th에 기초하여 전동기 제어량 Mr이 생성되는 경우에 비하여, 자동 조타 모드로부터 수동 조타 모드로 전환한 직후에 전동기(7)의 출력이 크게 변화되는 것을 방지할 수 있다.

또한 도 5, 7, 8, 10의 설명에서는 전동기 제어량 Mr의 변화를 예로 들어 설명하였지만, 전동기(7)에 출력되는 구동 전류(45)도 조타 토크 Th에 따라 대략 마찬가지의 변화를 나타낸다.

또한 전술한 도 4의 스텝 S3의 처리에서는, 조타 토크 Th가 역치 C를 초과하였을 때의 조타 제어량 Mc를 Mm에 저장하고 그것을 이행 제어량으로서 출력하였지만, 초과 시의 조타 제어량 Mc로부터 그때의 조타 토크 Th(예를 들어 역치 C)를 뺀 값을 이행 제어량 Mm으로서 출력하도록 해도 된다. t<t5에 있어서는 자동 조타 모드이므로, 이 자동 조타 모드 중에 조타한 경우, 운전자의 조타에 거슬러 자동 운전의 궤도에 머물고자 하여 운전자의 조타 토크분만큼 전동기(7)의 출력이 변화되게(약간 작아지게) 된다. 그 때문에, 초과 시의 조타 제어량 Mc로부터 그때의 조타 토크 Th를 뺌으로써, t=5에서 자동 조타 모드로부터 수동 조타 모드로 이행하였을 때의 전동기 제어량 Mr이 괴리되는 일 없이 연속적으로 접속되게 된다.

또한 초과 시의 조타 제어량 Mc를 Mm에 저장하고, 그 일정한 값 Mm을 이행 제어량으로서 출력하는 바와 같은 제어로 하였지만, 초과 시의 조타 제어량 Mc(=Mm)를 상한으로 한 값으로 해도 된다. t5 이후에는, 이 상한 Mm을 초과하지 않는 범위에서 식 (1), (3)의 Mm을 포함하는 항을 설정하게 된다.

예를 들어 t5 이후에 있어서의 자동 운전의 궤도 곡률이 저하된 경우에는, 도 11에 나타낸 바와 같이 조타 토크(11)가 역치 C를 초과한 t5 후에도 t5에 있어서의 조타 제어량 M5를 상한으로 하여, 자동 조타 제어기(32)의 연산 결과에 기초하여, 즉, 자동 조타 모드에 있어서 t5 이후에 예정하고 있던 자동 조타 제어량(38)을 고려하여 이행 제어량 Mm을 저하시킨다. 또한 도 12에 나타낸 바와 같이 이행 제어량 Mm을 시간의 경과와 함께 점감시키도록 해도 된다. 이와 같은 경우에도, 자동 조타 모드로부터 수동 조타 모드로의 이행 시(t5)에 운전자가 받는 위화감을 저감시키는 효과가 얻어진다.

또한 도 1의 이행 제어량 연산부(36)에서는, 조타 토크 Th가 역치 C를 초과하였을 때의 조타 제어량 Mc를 이행 제어량 Mm으로서 사용한다고 설명하였지만, 이 대신, 초과 시의 조타 제어량을 상한으로 하여, 차량 상태량으로부터 이 시점의 차륜(9)의 전타량을 유지하기 위하여 필요한 조타 장치(1)의 출력으로부터 역산한 전동기 제어량을 이행 제어량 Mm으로서 사용하도록 해도 된다. 예를 들어 현재의 차량 운동의 요우 레이트 등으로부터 차륜에 가해지는 힘을 추정하여, 그 힘에 대향할 수 있는 전동기 제어량을 부여한다.

또한 도 4, 9에 도시한 흐름에서는, 스티어링 휠(2)의 수동 조작량의 지표인 조타 토크 Th가 역치 C를 초과했을 때 스텝 S2 이후의 처리가 실행된다. 그러나 수동 조작량의 지표로서 조타 토크 Th 대신 조타각 δh를 사용하고, 운전자의 조타각 요구값인 조타각 δh와 실타각(37)의 차가 소정의 타각 차 역치보다도 크게 된 경우에, 스텝 S2 이후의 처리가 실행되도록 해도 된다.

또한 스텝 S10에서 수동 조타 제어량(40)을, 수동 조타 변동분인 수동 제어량 Tm에 따라 연산하였지만, 이 값에 저역 통과 필터를 거친 값을 수동 조타 제어량으로 해도 된다. 이것에 의하여 자동 조타 모드로부터 수동 조타 모드로 이행하였을 때의 위화감을 저감시킬 수 있다.

-제2 실시 형태-

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 도 13 내지 15를 참조하여 설명한다. 도 13은 조타 제어 장치(17)의 구성을 도시하는 블록도이다. 제2 실시 형태에서는, 조타 제어 장치(17) 내의 운전자의 조타에 의한 수동 변화분의 추출 방법이 제1 실시 형태와 상이하며, 그 이외의 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 또한 조타 장치(1)의 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다. 또한 조타 제어 장치(17)에 있어서도, 도 2와 마찬가지의 개소에 대해서는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략한다.

도 13에서는, 수동 조타 제어기(131)와 수동 변화분 연산부(135)가 도 2의 구성과 상이하다. 수동 조타 제어기(131)는 입력된 조타 토크 Th에 기초하여 어시스트 제어량 Ah를 산출한다. 수동 조타 제어기(131)는, 도 14에 나타낸 바와 같은 조타 토크 Th와 어시스트 제어량 Ah의 상관을 나타내는 상관 관계에 기초하여, 입력된 조타 토크 Th에 대하여 어시스트 제어량 Ah를 출력한다. 어시스트 제어량 Ah는, 운전자의 조타력에 대한 어시스트력을 발생시키기 위하여 전동기(7)에 출력을 요구하는 토크 명령값이다. 수동 변화분 연산부(135)에는 어시스트 제어량 Ah, 조타 토크 Th, 조타각 δh, 실타각(37)이 입력되며, 수동 변화분 연산부(135)는 그들에 기초하여 조타 모드에 따른 수동 조타 제어량 Am을 출력한다.

도 15는, 조타 제어 장치(17)의 제어의 개략을 도시하는 제어 흐름도이다. 또한 도 15에 있어서도, 도 4에 도시하는 제어 흐름과 동일한 처리를 행하는 스텝에는 동일한 부호를 붙여서 그 스텝의 설명은 생략한다.

≪스텝 S31≫

스텝 S1에 있어서 |Th|>C로 판정되어 스텝 S31로 나아가면, 스텝 S31에서는, 수동 조타 제어기(131)로부터 출력되는 어시스트 제어량 Ah를 Ac로서 저장함과 함께, 수동 변화분 연산부(135)로부터 출력되는 수동 조타 제어량 Am을 0으로 세트한다.

≪스텝 S32≫

스텝 S32에서는, 조타 제어 장치(17)는 변수 Tp, Tc로서, |Th|>C로 되었을 때(후술하는 도 16의 t=t5)의 조타 토크 Th의 절댓값 |Th|를 저장한다.

≪스텝 S33≫

스텝 S7에 있어서 |Th|≥Tp로 판정되어 스텝 S33으로 나아간 경우에는, 스텝 S33에 있어서, 수동 변화분 연산부(135)는, 다음 식 (5)에서 산출되는 Am을 수동 조타 제어량으로서 출력한다. 식 (5)에서 Ah는, 현시점에서 얻어지는 조타 토크 Th에 대하여 도 14의 특성으로부터 얻어지기 때문에 어시스트 제어량이다.

Am=sgn(Ah)×(|Ah|- (Tp/Tc)Ac) … (5)

≪스텝 S34≫

스텝 S34에서는, 제어 선택부(33)는 수동 변화분 연산부(135)로부터 입력된 수동 조타 제어량 Am을 조타 제어량 Mc로서 출력한다. 그 결과, 전동기 제어량 연산부(34)는, 제어 선택부(33)로부터 출력되는 조타 제어량 Mc와, 이행 제어량 연산부(36)로부터 출력되는 이행 제어량 Mm과, 전술한 식 (1)로부터 전동기 제어량 Mr을 산출하여 출력한다.

≪스텝 S35≫

스텝 S11에 있어서 |Th|<D로 판정되어 스텝 S35로 나아간 경우, 조타 제어 장치(17)는, 제어 모드가 수동 조타 모드로 완전히 이행하였다고 판단한다. 스텝 S35에서는, 이행 제어량 연산부(36)로부터 출력되는 이행 제어량 Mm을 Mm=0으로 한다. 또한 수동 변화분 연산부(135)는, 조타 토크와 수동 조타 제어량의 관계를 나타내는 함수 f(x)와 입력되는 조타 토크 Th에 기초하여 산출되는 f(Th)를 수동 조타 제어량 Am으로서 출력한다. 그 결과, 전동기 제어량 연산부(34)에 있어서 식 (1)에 의하여 산출되는 전동기 제어량 Mr은, Mr=Mc=f(Th)와 같이 수동 조타 제어량 f(Th)와 동일해진다. 이것에 의하여 조타 장치(1)는 통상의 수동 조타 모드에서 제어되게 된다.

도 16은 차량 동작의 일례를 나타내는 도면이며, (a)는 조타 토크 Th의 시간 변화를 나타내고, (b)는 어시스트 제어량 Ah의 시간 변화를 나타내고, (c)는 전동기 제어량 Mr의 시간 변화를 나타낸다. 도 5의 경우와 마찬가지로, 차량은 일정한 곡률을 갖는 원호 형상의 도로를 주행하고 있으며, 자동 조타 모드(t<t5)에 있어서는, 전동기 제어량 연산부(34)로부터는 일정한 전동기 제어량 Mr이 출력되고 있다. 또한 도 16에서는, 도 15에 있어서 S7→S8→S33→S34→S11로 처리가 진행된 경우에 대하여 나타내었다.

t=t3으로부터 t=t4까지의 구간은, 운전자가 스티어링 휠(2)로부터 손을 뗀 상태에서 차량은 자동 운전 모드에서 주행하고 있다(스텝 S0). 차량이 일정한 곡률의 궤도를 주행하고 있는 경우에는, 차륜(9)을 전타하기 위하여 필요한 조타 장치(1)의 조타력은 일정해지기 때문에, 도 16의 (c)에 나타낸 바와 같이 전동기 제어량 Mr은 일정한 값으로 된다.

다음으로, t=t4에 있어서 운전자는 스티어링 휠(2)을 잡고 조타를 개시한다. 또한 도 16에 나타내는 예에서는, 원호의 내측으로 이동시키는, 즉, 차륜(9)의 전타량을 증가시키는 조타를 행하는 것으로 한다. 도 16의 (a)에 나타낸 바와 같이, t=t4로부터 조타 토크 Th가 상승하기 시작한다.

t=t5에 있어서 조타 토크 Th가 역치 C를 초과하여, 운전자가 자동 조타 모드로부터 수동 조타 모드로의 이행을 요구하고 있다고 판단하면(스텝 S1), 그 시점의 어시스트 제어량 Ah를 Ac로서 저장하고 수동 조타 제어량 Am을 0으로 세트한다(스텝 S31). 동시에, 이 시점의 조타 제어량 Mc를 Mm으로서 저장하고 그 Mm을 이행 제어량 연산부(36)로부터 이행 제어량으로서 출력시킨다(스텝 S3).

그 후, 제어 선택부(33)의 출력인 조타 제어량 Mc를 수동 조타 제어량 Am로 전환한다(스텝 S4). 동시에, 조타 토크 Th가 역치 C를 초과한 시점에서의 조타 토크 Th의 절댓값 |Th|를 Tc, Tp에 저장한다(스텝 S32). 이 시점에서는, 수동 조타 제어량 Am은 0이 출력되기 때문에 Mc=0으로 되고, 또한 Tc=Tp=|Th|이므로, 전술한 식 (1)에서 산출되는 전동기 제어량 Mr은 Mr=Mm으로 된다(스텝 S6).

t=t5로부터 운전자가 추가로 조타하여 조타 토크 Th가 증가하면(스텝 S7), 전술한 식 (5)에 의하여 산출되는 수동 조타 제어량 Am은 Am=Ah-Ac로 된다. 이때 제어 선택부(33)는 수동 조타 제어량 Am을 선택하고 있으므로, 제어 선택부(33)로부터 출력되는 조타 제어량 Mc는 Mc=Am으로 된다(스텝 S34). 그 결과, 식 (1)에서 산출되는 전동기 제어량 Mr은 Mr=Am+Mm으로 된다(도 16의 (c) 참조).

도 15에 나타낸 바와 같은 제어를 행함으로써, 도 16의 t>t5에 나타낸 바와 같이, 역치 C를 초과한 시점의 전동기 제어량 Mr(=Mm)을 기점으로 하여, 운전자의 조타의 증가분에 대응하도록 전동기 제어량 Mr이 증가한다. 그 때문에, 자동 조타 모드로부터 수동 조타 모드로 전환한 시점의 전동기 출력이 크게 변화되지 않도록 하는 것이 가능해진다. 그 결과, 스티어링 휠(2)의 조작이 돌연 가벼워지거나 무거워지거나 하는 위화감을 저감시킬 수 있어, 조타 모드가 전환되었을 때의 운전 조작이 용이해진다. 또한 긴급 조타를 한 경우에도 운전자의 조작이 운전 모드 전환 직후에 반영되기 때문에 장해물의 긴급 회피 등을 안전하게 실행할 수 있다.

-제3 실시 형태-

다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 대하여 도 17 내지 19를 참조하여 설명한다. 도 17은 조타 제어 장치(17)의 구성을 도시하는 도면이며, 도 13의 수동 변화분 연산부(135) 대신 수동 기여 연산부(120)를 마련한 점이 제2 실시 형태와 상이하다. 수동 기여 연산부(120)는 입력된 어시스트 제어량 Ah, 조타 토크 Th, 조타각 δh, 실타각(37)에 기초하여, 조타 모드에 따른 수동 조타 제어량 Am을 연산한다. 또한 조타 장치(1)의 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다. 또한 조타 제어 장치(17)도, 도 13의 구성과 마찬가지의 개소에 대해서는 동일한 번호를 붙여서 설명을 생략한다.

도 18은, 조타 제어 장치(17)의 제어의 개략을 도시하는 제어 흐름도이다. 도 18에 있어서는, 스텝 S41 및 스텝 S42의 처리가 도 15의 흐름도와 상이하다. 또한 도 18에 있어서도, 도 15에 도시하는 제어 흐름와 동일한 처리를 행하는 스텝에는 동일한 부호를 붙여서 그 스텝의 설명은 생략한다.

≪스텝 S41≫

스텝 S7에 있어서 |Th|≥Tp로 판정되어 스텝 S41로 나아간 경우에는, 스텝 S41에 있어서, 수동 기여 연산부(120)는 수동 기여도 R을 산출한다. 수동 기여도 R은 수동 조작의 정도를 나타내는 지표이며, 조타 토크 Th가 역치 C를 초과한 시점에서 0으로 되고 시간의 경과와 함께 점증하여 최대=1로 되도록 산출되는 양이다.

≪스텝 S42≫

스텝 S42에서는, 수동 기여 연산부(120)는 산출한 수동 기여도 R과 수동 조타 제어기(131)로부터 입력된 어시스트 제어량 Ah에 기초하여 수동 조타 제어량 Am을 Am=R×Ah와 같이 연산하여 출력한다.

그리고 제2 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 산출한 수동 제동 제어량 Am을 식 (1)의 조타 제어량 Mc에 대입하여 전동기 제어량 Mr을 산출한다.

도 19는 차량 동작의 일례를 도시하는 도면이며, (a)는 조타 토크 Th의 시간 변화를 나타내고, (b)는 어시스트 제어량 Ah의 시간 변화를 나타내고, (c)는 수동 기여 연산부(120)에서 연산되는 수동 기여도 R의 시간 변화를 나타내고, (d)는 전동기 제어량 Mr의 시간 변화를 나타낸다. 도 16의 경우와 마찬가지로, 일정한 곡률을 갖는 원호 형상의 도로를 주행하고 있는 상태를 나타낸다. 또한 도 19에서는, 도 18에서 S7→S8→S41→S42→S34→S11로 처리가 진행된 경우에 대하여 나타내었다.

조타 토크 Th가 발생하면 그 조타 토크 Th에 따라 어시스트 제어량 Ah가 연산되므로, t=t5로부터 조타 토크 Th가 상승함에 따라 어시스트 제어량 Ah도 상승하고 있다. 수동 기여도 R은, 조타 토크 Th가 역치 C를 초과한 후에 있어서의, 전동기 제어량에서 차지하는 수동 조작의 비율인 기여의 정도를 설정하는 것이다. 자동 조타 모드로부터 수동 조타 모드로 이행(t=t5)한 직후의 수동 조타 제어량 Am은 0이므로(스텝 S31), 수동 기여도 R은 R=0이다. 조타 토크 Th가 역치 C를 초과하는 t5 이후에는, 수동 기여도 R은, 수동 조타 제어량 Am=R×Ah가 조타 토크 Th의 초과량(=Th-C)에 초과량에 따른 값으로 되도록 설정된다.

도 18에서는, t=t3 내지 t4의 구간은 운전자가 스티어링 휠(2)로부터 손을 뗀 상태에서 차량이 자동 운전 모드에서 주행하고 있으며, t=t4에 있어서 운전자가 스티어링 휠(2)을 잡고 조타을 시작하여 t=t5에 있어서 조타 토크 Th가 역치 C를 초과하고 있다. 수동 기여 연산부(120)는, t=t5에 있어서 수동 기여도 R을 0으로 하고, t5 이후에는 시간 경과와 함께 수동 기여도 R을 0으로부터 1(t=t6)까지 점증시킨다.

도 18에 도시한 바와 같은 제어를 행함으로써, 자동 조타 모드로부터 수동 조타 모드로 전환한 시점의 전동기 출력이 크게 변화되지 않도록 하는 것이 가능해진다. 그 결과, 스티어링 휠(2)의 조작이 돌연 가벼워지거나 무거워지거나 하는 위화감을 저감시킬 수 있어, 조타 모드가 전환되었을 때의 운전 조작이 용이해진다. 또한 긴급 조타를 한 경우에도 운전자의 조작이 운전 모드 전환 직후에 반영되기 때문에 장해물의 긴급 회피 등을 안전하게 실행할 수 있다.

또한 도 18에서는 도시를 생략하였지만, 스텝 S7에서 "아니오"로 판정되어 S7→S8→S41→S42→S34로 처리가 진행되는 경우에는, 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 조타 토크 Th가 역치 C보다도 작아졌을 때는 전동기 제어량 Mr에 있어서의 (Tp/|Th|)Mm의 항이 감소한다. 그리고 |Th|<D로 판정되면 통상의 수동 조타 모드로 이행한다. 본 실시 형태의 경우에도, 전술한 제1 및 제2 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 자동 조타 모드로부터 수동 조타 모드로 전환되었을 때의 수동 조타의 위화감을 저감시킬 수 있다.

전술한 실시 형태에 의하면 이하와 같은 작용 효과가 얻어진다.

(C1) 예를 들어 도 1, 2, 4에 도시한 바와 같이, 조타 제어 장치(17)는, 차량 제어 장치(20)로부터 입력된 자동 주행 명령에 기초하여, 차량 차륜을 전타하는 전동기(7)의 자동 조타 제어량(38)을 생성하는 자동 조타 제어기(32)와, 차량 차륜을 전타하는 수동 조작부인 스티어링 휠(2)의 수동 조작량의 지표인 조타 토크 Th에 기초하여 전동기(7)의 수동 조타 제어량(40)을 생성하는 수동 조타 제어기(31)를 구비하고, 자동 조타 제어량(38)에 의하여 전동기(7)를 제어하는 자동 조타 모드 및 수동 조타 제어량(40)에 의하여 전동기(7)를 제어하는 수동 조타 모드 중 어느 한쪽을 선택하여 전동기(7)를 제어한다.

그리고 자동 조타 모드에 의한 제어 중에, 스티어링 휠(2)의 조타 토크 Th의 |Th|가 역치 C를 초과하면, 수동 조타 제어기(31)는, 초과 시를 기준으로 하는 조타 토크 Th의 변화 ΔT에 기초하는 수동 조타 제어량 변화인 조타 제어량 Mc=f(ΔT)를 생성한 후에 수동 조타 제어량 f(Th)를 생성하고, 초과 시의 자동 조타 제어량인 이행 제어량 Mm에 조타 제어량 Mc=f(ΔT)를 가산한 전동기 제어량 Mr에 기초하여 전동기(7)를 제어한 후에 수동 조타 모드에 의하여 전동기(7)를 제어한다. 도 5의 (c)에 나타낸 바와 같이, t5 내지 t6에서는 Mr=f(ΔT)+Mm으로 되어 있다.

그 때문에, 도 10의 (c)에 나타낸 바와 같이, 전동기 제어량 Mr은 초과시(t5)의 Mm으로부터 조타 제어량 Mc=f(ΔT)에 따라, 초과 시를 기준으로 하는 조타 토크 Th의 변화 ΔT에 따른 변화를 나타낸다. 그 결과, 자동 조타 모드로부터 수동 조타 모드로 전환한 직후에 전동기(7)의 출력이 크게 변화되는 것을 방지할 수 있어 운전자가 스티어링 휠(2)의 조작에 위화감을 느끼는 일이 없다.

즉, 자동 조타 모드 중의 운전자의 조작에 따라 자동 조타 모드로부터 수동 조타 모드로 이행할 때 조타 장치의 액추에이터 출력 차를 억제할 수 있다. 이것에 의하여 운전자가 수동 조타 모드로 이행하였을 때의 위화감을 저감시킬 수 있기 때문에 수동 조타 모드 이행 후의 운전 조작이 용이해져 안전한 주행을 계속할 수 있다. 또한 운전자의 운전 조작이 수동 조타 모드 이행 후 즉각 반영되기 때문에 긴급 회피 등의 조작을 용이하게 행할 수 있다.

(C2) 또한 초과 이후의 수동 조타 제어량 변화로서는, 도 4이나 도 8에서 설명한 바와 같이 초과 시를 기준으로 하는 조타 토크 Th의 변화량 ΔT에 기초하여 수동 조타 제어기(31)에서 생성되는 수동 조타 제어량 Tm=f(ΔT)여도 되고, 도 14에서 설명한 바와 같이 어시스트 제어량의 변화(=|Ah|-Ac)여도 된다.

(C3) 또한 도 18에 도시한 바와 같이, 초과 이후의 수동 조타 제어량 변화 Mc로서, 수동 조타 제어기(131)로부터 출력된 어시스트 제어량 Ah와 초과 시로부터의 시간 경과에 따라 0으로부터 점증하는 수동 기여도 R을 승산하여 얻어지는 수동 조타 제어량 Am을 이용하도록 해도 된다.

(C4) 또한 도 5의 (c)의 Mr=f(ΔT)+Mm 대신, 도 11의 (b), 도 12의 (b)에 나타낸 바와 같은 Mr=Mc+Mm을 전동기 제어량으로 해도 된다. 예를 들어 도 11의 (b)에서는, 초과 시의 자동 조타 제어량 M5를 상한으로 하여 연산되는 이행 제어량 Mm에 수동 조타 제어량 변화 Mc를 가산한 것이 전동기 제어량 Mr로 되어 있다.

(C5) 또한 도 11의 (b)에 나타내는 예에서는, 이행 제어량 Mm으로서 t5 이후에 있어서의 자동 조타 제어량을 이용해도 된다. 이와 같이 제어함으로써, 자동 조타 제어량에서 예정되어 있던 주행 경로를 기준으로 하여 자동 조타 모드로부터 수동 조타 모드로의 이행 동작이 행해진다.

(C6) 또한 |Th|>C로 판정된 후에 |Th|가 감소하여 |Th|<C로 판정된 경우에는, 조타 토크 Th의 감소에 따라 전동기 제어량 Mr을 감소시키고, 또한 조타 토크 Th의 크기가 이행 하한값 D를 하회한 경우에는, 전동기 제어량 Mr로서 수동 조타 제어량 f(Tm)이 적용되는 완전한 수동 조타 모드로 이행하는 바와 같은 제어를 행해도 된다. 이와 같은 제어를 행함으로써 자동 조타 모드로부터 수동 조타 모드로 이행한 직후의 조타의 위화감을 저감시킬 뿐 아니라, 자동 조타 모드로부터 수동 조타 모드로 완전히 이행하기까지 위화감이 없는 원활한 조타감을 가능하게 할 수 있다.

또한 도 9와 같이, 조타각 δh의 크기가 제1 조타각 역치인 값 δp를 하회하였을 때, 조타각 δh의 감소에 추종하여 수동 제어량 Tm을 감소시켜 전동기 제어량 Mr을 감소시키는 경우에는, 조타각 δh의 크기가 이행 하한값 δd를 하회한 경우에 완전한 수동 조타 모드로 이행하도록 제어한다.

상기에서는 다양한 실시 형태 및 변형예를 설명하였지만 본 발명은 이들 내용에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 생각되는 그 외의 양태도 본 발명의 범위 내에 포함된다.

다음의 우선권 기초 출원의 개시 내용은 인용문으로서 여기에 원용된다.

일본 특허 출원 2016년 제226787호(2016년 11월 22일 출원)

1: 조타 장치
2: 스티어링 휠
7: 전동기
10: 토크 센서
17: 조타 제어 장치
31: 수동 조타 제어기
32: 자동 조타 제어기
33: 제어 선택부
34: 전동기 제어량 연산부
35: 수동 변화분 연산부
36: 이행 제어량 연산부
38: 자동 조타 제어량
40, Am: 수동 조타 제어량
Mc: 조타 제어량
Mc, Mm: 이행 제어량
Mr: 전동기 조타량
Th: 조타 토크
Tm: 수동 제어량
δh: 조타각

Claims (8)

1. 입력된 자동 주행 명령에 기초하여, 차량 차륜을 전타하는 조타용 액추에이터의 자동 조타 제어량을 생성하는 자동 조타 제어기와,
   상기 차량 차륜을 전타하는 수동 조작부의 수동 조작량에 기초하여 상기 조타용 액추에이터의 수동 조타 제어량을 생성하는 수동 조타 제어기를 구비하고,
   상기 자동 조타 제어량에 의하여 상기 조타용 액추에이터를 제어하는 자동 조타 모드, 및 상기 수동 조타 제어량에 의하여 상기 조타용 액추에이터를 제어하는 수동 조타 모드 중 어느 한쪽을 선택하여 상기 조타용 액추에이터를 제어하는 조타 제어 장치이며,
   상기 자동 조타 모드에 의한 제어 중에, 상기 차량 차륜을 전타하는 수동 조작부의 수동 조작량이 소정값을 초과하면,
   상기 수동 조타 제어기는, 초과 시를 기준으로 하는 상기 수동 조작량의 변화에 기초하는 수동 조타 제어량 변화를 생성한 후에 상기 수동 조작량에 기초하는 수동 조타 제어량을 생성하고,
   상기 초과 시의 상기 자동 조타 제어량에 상기 수동 조타 제어량 변화를 가산한 제1 제어량에 기초하여 상기 조타용 액추에이터를 제어한 후에 상기 수동 조타 모드에 의하여 상기 조타용 액추에이터를 제어하는, 조타 제어 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 수동 조작량은, 상기 수동 조작부의 조작량에 따라 검출되는 조타 토크이고,
   상기 수동 조타 제어량 변화는, 초과 시를 기준으로 하는 상기 조타 토크의 변화량에 기초하여 상기 수동 조타 제어기에서 생성되는 수동 조타 제어량인, 조타 제어 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 수동 조작량은, 상기 수동 조작부의 조작량에 따라 검출되는 조타 토크이고,
   상기 수동 조타 제어량 변화는, 초과 시를 기준으로 하는 상기 수동 조타 제어량의 변화량인, 조타 제어 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 수동 조작량은, 상기 수동 조작부의 조작량에 따라 검출되는 조타 토크이고,
   상기 수동 조타 제어량 변화는, 상기 수동 조타 제어량과 상기 초과 시로부터의 시간 경과에 따라 0으로부터 점증하는 수동 기여도와의 곱인, 조타 제어 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 제어량 대신, 상기 초과 시의 상기 자동 조타 제어량을 상한으로 하여 연산되는 이행 제어량에 상기 수동 조타 제어량 변화를 가산한 제2 제어량에 기초하여 상기 조타용 액추에이터를 제어한 후에, 상기 수동 조타 모드에 의하여 상기 조타용 액추에이터를 제어하는, 조타 제어 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 제어량 대신, 상기 자동 조타 제어량에 상기 수동 조타 제어량 변화를 가산한 제3 제어량에 기초하여 상기 조타용 액추에이터를 제어한 후에, 상기 수동 조타 모드에 의하여 상기 조타용 액추에이터를 제어하는, 조타 제어 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 수동 조작량의 크기가 상기 소정값을 초과한 후에 상기 소정값을 하회한 경우에는 상기 수동 조작량의 감소에 따라 상기 제1 제어량을 감소시키고,
   또한 상기 수동 조작량의 크기가 상기 소정값을 하회한 후에 상기 소정값보다도 작은 수동 조타 모드 이행 조작량을 하회한 경우에는 상기 수동 조타 모드에 의한 상기 조타용 액추에이터의 제어를 행하는, 조타 제어 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 수동 조작량의 크기가 상기 소정값을 초과한 후에 상기 수동 조작부의 조작에 수반하여 조타각이 제1 조타각 역치를 하회한 경우에는 상기 조타각의 감소에 따라 상기 제1 제어량을 감소시키고,
   또한 상기 조타각이 상기 제1 조타각 역치보다도 작은 제2 조타각 역치를 하회한 경우에는 상기 수동 조타 모드에 의한 상기 조타용 액추에이터의 제어를 행하는, 조타 제어 장치.

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