JP6187272B2

JP6187272B2 - 路面状態判定装置

Info

Publication number: JP6187272B2
Application number: JP2014006915A
Authority: JP
Inventors: 佳数亀田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-01-17
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2017-08-30
Anticipated expiration: 2034-01-17
Also published as: JP2015134568A

Description

本発明は、自車の走行路の路面状態の判定を行う路面状態判定装置に関する。

従来、この種の路面状態判定装置が知られている。例えば、下記の特許文献１には、所定時間内で車輪加速度の経時変化の振幅が閾値を所定回数超えたときに、自車の走行中の路面を悪路であると判定する、という技術が開示されている。

特開平６−２４１７８２号公報

ところで、車輪加速度の経時変化の振幅は、車速が低くなるほど小さくなる。このため、従来の技術では、自車が低速域で走行しているときに、路面状態の判定精度が低下してしまう可能性がある。

そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、車速域に拘わらず自車の走行路の路面状態を精度良く判定することのできる路面状態判定装置を提供することを、その目的とする。

上記目的を達成する為、本発明は、運転者によるステアリングホイールに対する操舵角を検出する操舵角検出部と、運転者による前記ステアリングホイールに対する操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、前記操舵角に関するパラメータと前記操舵トルクに関するパラメータとに基づいて、運転者の前記ステアリングホイールに対する操舵形態が表された操舵形態判別値を算出する操舵形態判別値算出部と、運転者が意図して能動的に行う能動操舵以外の受動操舵を前記操舵形態判別値が示した回数が所定時間内に所定回数あった場合、自車の走行路の路面状態が悪路であると判定する路面状態判定部と、を備えることを特徴としている。

本発明に係る路面状態判定装置は、運転者の操舵形態の情報を利用することになるので、車速の高低に拘わらず、自車の走行路の路面状態が悪路であるのか否かを精度良く判定することができる。

図１は、本発明に係る路面状態判定装置の構成の一例を示す図である。図２は、本発明に係る路面状態判定装置の判定動作について説明するフローチャートである。

以下に、本発明に係る路面状態判定装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

［実施例］
本発明に係る路面状態判定装置の実施例を図１及び図２に基づいて説明する。

本実施例の路面状態判定装置は、路面状態判定に関わる演算処理を行う電子制御装置（以下、「路面判定ＥＣＵ」という。）１を備える（図１）。路面状態判定とは、自車の走行路の路面状態が悪路であるのか否かを判断するために行う判定のことである。路面判定ＥＣＵ１には、その判定を行うための路面状態判定部を設けている。

ここで、その路面判定ＥＣＵ１には、運転者のステアリングホイール１１に対する操舵操作時の操舵形態を判定する操舵形態判定部が設けられている。

運転者のステアリングホイール１１の操舵操作は、能動操舵と受動操舵の２つの形態に大別することができる。その能動操舵とは、運転者が意図して積極的（能動的）に行う操舵操作のことである。また、受動操舵とは、能動操舵以外の操舵形態のことである。具体的には、転舵輪への路面入力等の外力がステアリングホイール１１まで伝わっているときに運転者が行う保舵操作のことである。つまり、受動操舵とは、旋回走行中（旋回半径は不変）のステアリングホイール１１の操舵角θｓを一定に保持するために行われる保舵操作や、直進走行状態（θｓ＝０）を保持するために行われる保舵操作のことである。

操舵形態判定部は、操舵操作に関わる仕事率（以下、「操舵仕事率」という。）に基づいて求められた操舵形態判別値を用いて判定を行う。

その操舵仕事率とは、運転者のステアリングホイール１１に対する操舵形態が表されたものであり、操舵操作時における操舵角θｓに関わるパラメータと操舵トルクＴｓに関わるパラメータとに基づいて算出する。その操舵角θｓに関わるパラメータとは、操舵角θｓそのものや、操舵角θｓの時間微分値である操舵角速度θｓ’（＝ｄθｓ／ｄｔ）のことである。操舵トルクＴｓに関わるパラメータとは、操舵トルクＴｓそのものや、操舵トルクＴｓの時間微分値（以下、「操舵トルク変化率」という。）Ｔｓ’（＝ｄＴｓ／ｄｔ）のことである。

具体的に、この例示では、第１操舵仕事率Ｐ１と第２操舵仕事率Ｐ２を用いる。第１操舵仕事率Ｐ１とは、操舵操作時における操舵角速度θｓ’と操舵トルクＴｓの積であり（式１）、操舵操作時における操舵角変化の寄与度を表している。また、第２操舵仕事率Ｐ２とは、操舵操作時における操舵角θｓと操舵トルク変化率Ｔｓ’の積であり（式２）、操舵操作時における操舵トルク変化の寄与度を表している。

Ｐ１＝θｓ’＊Ｔｓ … （１）
Ｐ２＝θｓ＊Ｔｓ’ … （２）

操舵角θｓは、操舵角検出部２１で検出する。その操舵角検出部２１は、ステアリングホイール１１に固定されたステアリングシャフト１２の回転角を操舵角θｓとして検出する角度センサである。操舵角速度θｓ’は、その操舵角検出部２１によって検出された操舵操作時の操舵角θｓの時間微分値として求めてもよく、操舵角速度検出部（図示略）を設けて検出してもよい。操舵トルクＴｓは、操舵トルク検出部２２で検出する。その操舵トルク検出部２２は、ステアリングシャフト１２上に配置された例えばレゾルバセンサ等である。操舵トルク変化率Ｔｓ’は、その操舵トルク検出部２２によって検出された操舵操作時の操舵トルクＴｓの時間微分値として求める。

路面判定ＥＣＵ１には、操舵形態判別値としての能動受動関数Ｊ（ｔ）を算出する操舵形態判別値算出部が設けられている。その能動受動関数Ｊ（ｔ）は、下記の式３を用いて算出する。つまり、この能動受動関数Ｊ（ｔ）は、運転者の操舵形態を表したものであり、操舵操作時における操舵角θｓに関わるパラメータと操舵トルクＴｓに関わるパラメータとに基づいて算出される。

Ｊ（ｔ）＝Ｋ１＊１／｜Ｔｓ｜＊Ｐ１＋Ｋ２＊１／｜θｓ｜＊Ｐ２
＝Ｋ１＊θｓ’＊Ｔｓ／｜Ｔｓ｜＋Ｋ２＊Ｔｓ’＊θｓ／｜θｓ｜…（３）

「Ｋ１」と「Ｋ２」は、それぞれに係数であり、例えば予めシミュレーション等に基づいて設定しておけばよい。

操舵形態判定部は、その能動受動関数Ｊ（ｔ）が所定の閾値（以下、「能動受動判定閾値」という。）Ｊｃよりも小さい場合、運転者の操舵形態が能動操舵であると判定し、その能動受動関数Ｊ（ｔ）が能動受動判定閾値以上の場合、運転者の操舵形態が受動操舵であると判定する。

ここで、走行路が良路の場合には、自車の車速に拘わらず、路面入力に伴い発生する軸力（転舵輪を転舵させる力）が小さいので、その軸力に応じたトルクがステアリングホイール１１まで伝わる可能性が低い。このため、この場合には、運転者の操舵形態が受動操舵であると判定されない。これに対して、走行路が路面の凹凸の大きい悪路の場合には、自車の車速に拘わらず、路面入力に伴い発生する軸力が大きく、その軸力に応じたトルクがステアリングホイール１１まで伝達されるので、運転者がそのトルクに抵抗する保舵操作を行う。このため、この場合には、運転者の操舵形態が受動操舵であると判定される。本実施例の路面状態判定部は、その違いを利用して、自車の走行している路面が悪路であるのか否かを判定する。

具体的に、路面状態判定部には、能動受動関数Ｊ（ｔ）と能動受動判定閾値Ｊｃとに基づいて路面状態を判定させる。そこで、上記式３を前半の第１項と後半の第２項とに分けてみてみる。

走行路が良路の場合には、第１項における「Ｔｓ／｜Ｔｓ｜」と「θｓ’」とが小さな値となる。また、第２項においては、「Ｔｓ’」が小さな値となり、「θｓ／｜θｓ｜」が小さな値から大きな値までの幅を持つ。一方、走行路が悪路の場合には、第１項において、「Ｔｓ／｜Ｔｓ｜」が大きな値となり、「θｓ’」が小さな値となる。また、第２項においては、「Ｔｓ’」が極大値となり、「θｓ／｜θｓ｜」が極小値となる。このため、能動受動関数Ｊ（ｔ）は、走行路が良路の場合、小さな値となり、走行路が悪路の場合、良路よりも大きな値となる。よって、路面状態判定部には、その能動受動関数Ｊ（ｔ）の値に基づいて、自車の走行している路面が悪路であるのか否かを判定させる。尚、能動受動判定閾値Ｊｃは、その良路の場合の能動受動関数Ｊ（ｔ）と悪路の場合の能動受動関数Ｊ（ｔ）の境界の値に基づき設定すればよい。また、第２項の影響を大きく反映させる場合には、係数Ｋ２を大きく取ればよい。

例えば、路面状態判定部には、能動受動関数Ｊ（ｔ）と能動受動判定閾値Ｊｃとに基づいて、この能動受動関数Ｊ（ｔ）が受動操舵を示した回数（以下、「受動操舵回数」という。）Ｎを計数させる。そして、この路面状態判定部には、その受動操舵回数Ｎが所定時間ｔｃ内に所定回数（以下、「悪路判定閾値」という。）Ｎｃあった場合に、自車の走行路の路面状態が悪路であると判定させる。図２は、この判定の一例を表したフローチャートである。

路面状態判定部は、時間ｔと受動操舵回数Ｎを共に０にリセットし（ｔ＝０，Ｎ＝０：ステップＳＴ１）、演算処理を一旦操舵形態判別値算出部に渡す。

操舵形態判別値算出部は、操舵トルクＴｓと操舵トルク変化率Ｔｓ’（＝ｄＴｓ／ｄｔ）と操舵角θｓと操舵角速度θｓ’（＝ｄθｓ／ｄｔ）を取得する（ステップＳＴ２〜ＳＴ５）。これらは、前述したように、操舵角検出部２１等による検出、その検出結果に基づいた演算処理によって取得する。そして、この操舵形態判別値算出部は、上記式３に基づいて能動受動関数Ｊ（ｔ）を算出し（ステップＳＴ６）、演算処理を路面状態判定部に戻す。

路面状態判定部は、その能動受動関数Ｊ（ｔ）が能動受動判定閾値Ｊｃ以上であるのか否かを判定する（ステップＳＴ７）。つまり、このステップＳＴ７では、運転者の操舵形態が能動操舵であるのか受動操舵であるのかを判定する。

路面状態判定部は、能動受動関数Ｊ（ｔ）が能動受動判定閾値Ｊｃよりも小さい場合、その能動受動関数Ｊ（ｔ）が能動操舵を示しているので、再び演算処理を操舵形態判別値算出部に渡し、ステップＳＴ２に戻させる。

一方、路面状態判定部は、能動受動関数Ｊ（ｔ）が能動受動判定閾値Ｊｃ以上の場合、その能動受動関数Ｊ（ｔ）が受動操舵を示しているので、受動操舵回数Ｎを１つ繰り上げる（Ｎ＝Ｎ＋１：ステップＳＴ８）。

路面状態判定部は、時間ｔが所定時間ｔｃを超えたのか否かを判定する（ステップＳＴ９）。路面状態判定部は、時間ｔが所定時間ｔｃを超えていなければ、再び演算処理を操舵形態判別値算出部に渡し、ステップＳＴ２に戻させる。路面状態判定部は、これらの演算処理を時間ｔが所定時間ｔｃを超えるまで繰り返す。

路面状態判定部は、時間ｔが所定時間ｔｃを超えた場合、受動操舵回数Ｎが悪路判定閾値Ｎｃ以上か否かを判定する（ステップＳＴ１０）。つまり、このステップＳＴ１０では、所定時間ｔｃ内に受動操舵回数Ｎが悪路判定閾値Ｎｃ以上になっているのか否かを判定している。

路面状態判定部は、受動操舵回数Ｎが悪路判定閾値Ｎｃよりも少ない場合、自車の走行路が悪路ではないので、この一連の演算処理を一旦終わらせて、ステップＳＴ１に戻る。

これに対して、路面状態判定部は、受動操舵回数Ｎが悪路判定閾値Ｎｃ以上になっている場合、自車の走行路が悪路であると判定する（ステップＳＴ１１）。

このように、本実施例の路面状態判定装置は、運転者の操舵形態の情報を利用しているので、車速の高低に拘わらず、自車の走行路の路面状態が悪路であるのか否かを精度良く判定することができる。このため、この路面状態判定装置は、低速域で走行しているときにも高精度に悪路判定を行うことができるので、例えば、低速域での悪路走行時のラトル音抑制制御に利用することができる。また、この路面状態判定装置は、その判定を行うに際して、軸力（転舵輪を転舵させる力）を検出するためのセンサ等を新たに設ける必要がなく、操舵制御や転舵制御のために用意されている操舵角検出部２１と操舵トルク検出部２２を利用すればよいので、原価の増加を招くことなく有用な効果を得ることができる。

１路面判定ＥＣＵ
１１ステアリングホイール
１２ステアリングシャフト
２１操舵角検出部
２２操舵トルク検出部

Claims

運転者によるステアリングホイールに対する操舵角を検出する操舵角検出部と、
運転者による前記ステアリングホイールに対する操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、
前記操舵角に関するパラメータと前記操舵トルクに関するパラメータとに基づいて、運転者の前記ステアリングホイールに対する操舵形態が表された操舵形態判別値を算出する操舵形態判別値算出部と、
運転者が意図して能動的に行う能動操舵以外の受動操舵を前記操舵形態判別値が示した回数が所定時間内に所定回数あった場合、自車の走行路の路面状態が悪路であると判定する路面状態判定部と、
を備え、
前記操舵角に関するパラメータは、前記操舵角と、前記操舵角の時間微分値である操舵角速度と、を含み、
前記操舵トルクに関するパラメータは、前記操舵トルクと、前記操舵トルクの時間微分値である操舵トルク変化率と、を含み、
前記操舵形態判別値算出部は、前記操舵角速度と前記操舵トルクとの積である第１操舵仕事率、および前記操舵角と前記操舵トルク変化率との積である第２操舵仕事率に基づいて、前記操舵形態判別値としての評価関数を算出し、
前記路面状態判定部は、前記評価関数が所定の閾値以上の場合には、運転者による操舵形態が前記受動操舵であると判定する
ことを特徴とした路面状態判定装置。