JP6663771B2 - 自動操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の自動操舵装置に関する。

例えば特開２００５−３４３１８４号公報に開示されているように、車両が走行中の道路形状等を認識して車両の操舵を自動的に行う自動操舵装置が知られている。また、車両の自動操舵装置において、特開２００５−３４３１８４号公報に開示されているように、自動操舵の実行中における運転者によるステアリングホイールの操作（オーバーライド操作）の有無を判定し、オーバーライド操作が行われたと判定した場合には、自動操舵を停止して運転者の操作を優先する技術が知られている。

特開２００５−３４３１８４号公報

自動操舵装置による自動操舵の実行中に運転者がオーバーライド操作を行う場合、運転者は、自動操舵装置がオーバーライド操作の入力を判定するまでの間、一時的に自動操舵に反した操作力をステアリングホイールに入力する必要がある。そして、自動操舵装置がオーバーライド操作の入力を判定した後は、自動操舵が停止するため、運転者にとっては、ステアリングホイールの操作に対して感じていた反発力が突然消失し、それまで重く感じていたステアリングホイールの操作が急に軽くなったという違和感を受ける。

本発明は前述した問題を解決するものであり、オーバーライド操作の実行時において運転者が受ける違和感を低減することのできる自動操舵装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の自動操舵装置は、運転者によるステアリングホイールへの入力トルクを検出するトルクセンサ、電動パワーステアリング装置、車両が走行中の道路の形状を認識し、当該道路の形状に沿って前記車両が走行するために必要な舵角の情報である指示舵角を算出して前記電動パワーステアリング装置に出力する自動操舵指示装置、および前記指示舵角に応じて前記電動パワーステアリング装置が備えるモータに舵角制御電流を出力し、実舵角を前記指示舵角に追従させるフィードバック制御を実行する操舵制御部、を備える自動操舵装置であって、前記操舵制御部は、前記フィードバック制御の実行時において、前記入力トルクが所定の第１閾値以上となったことを検出した後であって、前記入力トルクが所定の第１閾値よりも低い所定の第２閾値未満となったことを検出するまでの期間中において、前記フィードバック制御の実行を一時的に停止し、かつ前記舵角制御電流を前記入力トルクが所定の第１閾値以上となったことを検出した時点の値に固定する。

本発明によれば、オーバーライド操作の実行時において運転者が受ける違和感を低減することのできる自動操舵装置を提供することができる。

自動操舵装置の構成を示すブロック図である。 電動パワーステアリング装置の制御を説明するためのブロック図である。 電動パワーステアリング装置の制御を説明するためのブロック図である。

以下に、本発明の好ましい形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、及び各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。

図１に示す本実施形態の自動操舵装置１は、車両の自動運転動作時において操舵を行う装置である。自動操舵装置１は、車両の舵角を変更する機構を備える電動パワーステアリング装置（以下ではＥＰＳと称する）１０と、自動運転動作時においてＥＰＳ１０に操舵の指示を与える自動操舵指示装置２と、を備える。

車両の運転者の入力によるステアリングホイール９の回動は、ＥＰＳ１０が備える転舵機構部１５を介して転舵輪２０の転舵方向への回動に変換される。本実施形態では一例として、転舵機構部１５は、ラック＆ピニオン機構を有している。転舵機構部１５のラック＆ピニオン機構のピニオンギヤが設けられたピニオン軸１５ａは、ステアリングホイール９にユニバーサルジョイント等を介して連結されており、ピニオン軸１５ａはステアリングホイール９と共に回動する。

ＥＰＳ１０は、電動アクチュエータであるモータ１４を備え、運転者によるステアリングホイール９への入力に応じて、モータ１４が出力するトルクをピニオン軸１５ａに加えることにより運転者がステアリングホイール９に加える操作力を軽減する、いわゆるパワーアシスト動作を行う。また、ＥＰＳ１０は、車両の自動運転動作時において、運転者によるステアリングホイール９への入力とは独立して、自動操舵指示装置２から出力される指示に応じて、モータ１４によりピニオン軸１５ａを回動させて転舵輪２０を転舵方向に回動させる。ＥＰＳ１０の機械的な構成については公知であるため、詳細な説明は省略する。

自動操舵指示装置２は、車両の周囲の外部環境を認識する外部環境認識装置３、車両が走行中の道路の形状を認識するナビゲーション装置４、および車両の走行速度、前後方向加速度、ヨーレート等の車両の挙動を検知する車両挙動検知装置５を備える。

外部環境認識装置３は、車両の外部環境を認識するセンサーからの情報に基づいて車両前方の走行路の形状や、走行路上および走行路の周囲に存在する物体の存在を認識する。外部環境認識装置３は、例えば車両前方を視野内に収めるステレオカメラを備え、ステレオカメラによって撮像された画像に既知の画像処理等を施すことによって、車両前方の道路の形状や、進行方向に存在する物体の位置や動きを認識する。

ナビゲーション装置４は、衛星測位システム、慣性航法装置および路車間通信の少なくとも一つを用いて車両の現在位置（緯度、経度）を検出する測位装置と、地図情報を記憶する地図情報記憶部と、を備える。地図情報には、道路の曲率、縦断面勾配、他の道路との交差の様子等の道路の形状を示す情報が含まれる。ナビゲーション装置４は、測位装置により検出された車両の現在位置と、地図情報記憶部が記憶している地図情報と、に基づいて、車両前方の道路の形状を認識する。

自動操舵指示装置２は、外部環境認識装置３およびナビゲーション装置４により認識される道路の形状等の情報と、車両の現在の挙動の情報と、車両の運動モデルの情報と、に基づいて、車両を現在走行中である道路に沿って走行させるために必要となるピニオン軸８ａの角度である指示舵角θｃを算出し、ＥＰＳ１０に出力する。ステレオカメラ等の外部環境認識装置を用いた自動操舵指示装置は公知であるため、詳細な構成の説明を省略する。

ＥＰＳ１０は、転舵機構部１５、操舵制御部１１、入力トルクセンサ１２、ピニオン軸角度センサ１３、およびモータ１４を備える。転舵機構部１５は、ピニオン軸１５ａを回動させる力を、転舵輪２０を転舵方向に回動させる力に変換する機構を有する。本実施形態のようなラック＆ピニオン機構を用いた転舵機構部は公知の技術である。

操舵制御部１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力装置等がバスに接続されたコンピュータより構成されており、ＥＰＳ１０の動作を所定のプログラムに基づいて制御する。

入力トルクセンサ１２は、運転者によりステアリングホイール９を介してピニオン軸１５ａに入力されたトルクである入力トルクＴｍを検出する。ピニオン軸角度センサ１３は、ピニオン軸１５ａの回動の角度θを検出する。

モータ１４は、ピニオン軸１５ａを軸周りに回動するトルクであるモータ出力トルクＴｏを出力する電動モータである。すなわち、ピニオン軸１５ａには、運転者からステアリングホイール９を介して入力される入力トルクＴｍと、モータ１４から入力されるモータトルクＴｏが入力される。

図２は、ＥＰＳ１０の自動運転動作時における操舵制御のブロック図である。図２に示すように、ＥＰＳ１０には、自動操舵指示装置２により算出された指示舵角θｃの情報が入力される。

車両の自動運転動作時において、ＥＰＳ１０の操舵制御部１１は、指示舵角θｃを目標値として、モータ１４に与える舵角制御電流Ｉｓを変化させることにより、制御量であるピニオン軸１５ａの角度θを指示舵角θｃに追従させるフィードバック制御を実行する。

本実施形態の操舵制御部１１は、図３に示すように、フィードバック制御の方法として一般的なＰＩＤ制御を用いて、舵角制御電流Ｉｓを算出するＰＩＤ制御部１１ａを有する。ＰＩＤ制御部１１ａは、舵角制御および舵角速度制御について、それぞれの比例ゲインＫｐ、微分ゲインＫｄ、および積分ゲインＫｉの値を変化させることができる。

また、ＥＰＳ１０の操舵制御部１１は、入力トルクＴｍとピニオン軸角度θとが所定の関係となるように、モータ１４に与えるアシスト電流Ｉａを算出し、運転者によるステアリングホイール９への入力を補助するパワーアシスト動作を実行する。操舵制御部１１は、入力トルクＴｍからアシスト電流値Ｉａを算出する際のゲインであるパワーアシストゲインの値を変化させることができる。

以上に説明したように、自動運転動作時において、モータ１４に入力される指令電流Ｉｃは、舵角制御電流Ｉｓにアシスト電流Ｉａを加えた値となる。モータ１４は、指令電流Ｉｃに応じたモータトルクＴｏを出力する。

運転者がステアリングホイール９に力を加えていない場合であれば、ＰＩＤ制御部１１ａが出力する舵角制御電流Ｉｓと、モータ１４に入力される指令電流Ｉｃとは等しい。また、自動運転動作時において、運転者がステアリングホイール９に入力トルクＴｍを加えた場合、入力トルクＴｍおよびアシスト電流Ｉａは外乱としてＥＰＳ１０に作用する。また、ピニオン軸１５ａには、路面に対する転舵輪２０の移動に伴い発生する路面反力トルクＴｒも入力される。

次に、以上に説明した構成を有する自動操舵装置１の自動運転動作時におけるオーバーライド判定処理の動作について説明する。

オーバーライドとは、車両の自動運転動作中に、運転者がステアリングホイール９を操作することである。オーバーライドは、例えば運転者が自動運転動作の走行経路とは異なる経路で車両を走行させようとした場合に行われる。オーバーライド判定処理は、運転者によるステアリングホイール９の操作を検出した場合に、一時的に自動運転動作を停止して運転者による手動運転に切り替える処理である。

概略的には、本実施形態の自動操舵装置１の操舵制御部１１は、入力トルクセンサ１２により検出する入力トルクＴｍが、所定の値である第１閾値Ｔｔｈ１以上となった場合に、運転者によるオーバーライド操作が行われたと判定する。また、操舵制御部１１は、運転者によるオーバーライド操作が行われたと判定した後に、入力トルクセンサ１２により検出する入力トルクＴｍが、第１の閾値Ｔｔｈ１よりも低い所定の値である第２閾値Ｔｔｈ２未満となった場合に、運転者によるオーバーライド操作が終了したと判定する。

操舵制御部１１は、運転者によるオーバーライド操作が行われていると判定している期間中は、自動操舵装置１による操舵のフィードバック制御を一時的に停止する。

より詳細にオーバーライド判定処理では、操舵制御部１１は、入力トルクＴｍが、第１閾値Ｔｔｈ１よりも低い第３閾値Ｔｔｈ３以上となった場合に、ＰＩＤ制御部１１ａにおける、舵角制御の積分ゲインＫｉａと、舵角速度制御の積分ゲインＫｉｖの値を、現在まで行ってきた自動運転動作において用いてきた値よりも低い所定の値に固定する。入力トルクＴｍが、第１閾値Ｔｔｈ１よりも低い第３閾値Ｔｔｈ３以上となった場合とは、運転者がオーバーライド操作を開始した直後の時点である。

自動運転動作時に運転者が入力トルクＴｍを入力した場合、当該入力トルクＴｍが第１閾値Ｔｔｈ１以上となりオーバーライドが行われたと操舵制御部１１が判定するまでは、入力トルクＴｍは自動操舵装置１による操舵のフィードバック制御に対する外乱となる。

したがって、運転者がオーバーライド操作を開始した直後の、入力トルクＴｍが第３閾値Ｔｔｈ３以上かつ第１閾値Ｔｔｈ１未満である期間中は、操舵制御部１１は、入力トルクＴｍを打ち消すトルクをモータ１４に発生させるために、舵角制御電流Ｉｓの値を増加させる。

本実施形態では、入力トルクＴｍが第１閾値Ｔｔｈ１未満ではあるが第３閾値Ｔｔｈ３以上となり増加し始めていることを検出した時点において、舵角制御の積分ゲインＫｉａと、舵角速度制御の積分ゲインＫｉｖの値を、それまで自動運転動作に用いてきた値よりも低い値に固定することにより、操舵制御部１１が入力トルクＴｍの増加に応答して増加させる舵角制御電流の増加量を低減する。

したがって、本実施形態の自動操舵装置１では、運転者がオーバーライド操作を開始した後であって、かつ入力トルクＴｍが第１閾値Ｔｔｈ１に到達するまでの期間において、運転者がステアリングホイール９から受ける反発力の増加速度を低減することができる。このため、本実施形態の自動操舵装置１では、オーバーライド操作時において運転者がステアリングホイール９から受ける反発力に起因する違和感を低減することができる。

また、操舵制御部１１は、入力トルクＴｍが、第１閾値Ｔｔｈ１以上となった場合に、舵角制御電流Ｉｓをその時点の値に固定し、自動操舵装置１による操舵のフィードバック制御を一時的に停止する。

自動操舵装置１による操舵のフィードバック制御が一時的に停止されることにより、車両の操舵は運転者によるステアリングホイール９の操作のみに追従する。そしてこのとき、舵角制御電流Ｉｓは、入力トルクＴｍが第１閾値Ｔｔｈ１以上となったことを検出した時点の値に固定されている。

前述のように、運転者がオーバーライド操作を行うために入力トルクＴｍを入力した場合、操舵制御部１１は入力トルクＴｍを打ち消すトルクをモータ１４に発生させるために、舵角制御電流Ｉｓの値を増加させる。本実施形態の自動操舵装置１は、このオーバーライド操作の入力トルクＴｍを打ち消すために増加させた舵角制御電流Ｉｓを、オーバーライド操作が入力されたと判定した後も維持する。

このように、本実施形態の自動操舵装置１では、運転者によるオーバーライド操作が行われて操舵のフィードバック制御を停止した後も、オーバーライド操作に反発するトルクの発生を停止せずに維持する。したがって、本実施形態の自動操舵装置１では、オーバーライド操作時において、自動操舵装置１による操舵のフィードバック制御が停止することによって、運転者がステアリングホイール９から受ける反発力が瞬時に消失することに起因する違和感を低減することができる。

前述のように操舵制御部１１は、自動操舵装置１による操舵のフィードバック制御を一時的な停止を、入力トルクＴｍが所定の第２閾値Ｔｔｈ２未満となったことを検出するまで継続する。

すなわち、操舵制御部１１は、運転者によるオーバーライド操作が行われたと判定した後に、入力トルクＴｍが所定の第２閾値Ｔｔｈ２未満となった場合に、運転者によるオーバーライド操作が終了したと判定し、自動操舵装置１による操舵のフィードバック制御を再開する。

自動操舵装置１による操舵のフィードバック制御の再開時には、操舵制御部１１は、舵角制御電流Ｉｓの値と、舵角制御の積分ゲインＫｉａおよび舵角速度制御の積分ゲインＫｉｖの値の固定を解除する。

以上に説明したように、本実施形態の自動操舵装置１は、自動操舵のフィードバック制御の実行時において、入力トルクＴｍが所定の第１閾値Ｔｔｈ１以上となったことを検出した後であって、かつ入力トルクＴｍが所定の第１閾値Ｔｔｈ１よりも低い所定の第２閾値Ｔｔｈ２未満となったことを検出するまでの期間中において、フィードバック制御の実行を一時的に停止し、かつモータ１４に出力する舵角制御電流Ｉｓを入力トルクＴｍが所定の第１閾値以上となったことを検出した時点の値に固定する。

このような構成を有する本実施形態の自動操舵装置１によれば、運転者がオーバーライド操作を行った場合において、ステアリングホイール９の操作に対して感じていた反発力が突然消失し、それまで重く感じていたステアリングホイール９の操作が急に軽くなったという違和感を低減することができる。

また、本実施形態の自動操舵装置１は、ＰＩＤ制御を用いて舵角の制御を行い、入力トルクＴｍが第１閾値Ｔｔｈ１よりも低い所定の第３閾値Ｔｔｈ以上となったことを検出した場合に、ＰＩＤ制御における積分ゲインの値を、入力トルクＴｍが第３閾値Ｔｔｈ３以上となったことを検出した時点の値よりも低い所定の値に固定する。

このような構成を有する本実施形態の自動操舵装置１によれば、運転者がオーバーライド操作を行った場合において、ステアリングホイール９の操作に対して感じる反発力の増加量を低減することができる。

なお、以上に説明した構成に加えて、本実施形態の操舵制御部１１は、自動操舵装置１による操舵のフィードバック制御の実行時において、入力トルクＴｍが第１閾値Ｔｔｈ１以上または第３閾値Ｔｔｈ３以上となったことを検出した場合に、ＥＰＳ１０によるパワーアシスト動作のアシスト電流値Ｉａを算出するためのパワーアシストゲインを大きくする構成を有していてもよい。

このように、自動操舵装置１において、運転者がオーバーライド操作を開始したことを検出した時点（Ｔｍ≧Ｔｔｈ３を検出した時点）で、パワーアシストゲインを、通常走行時の値より大きくすることにより、オーバーライド操作を行う場合に、ステアリングホイール９の動き始めに感じるカベ感の低減と、舵角制御電流Ｉｓが固定されることによる操作力の増加量の低減を実現することができる。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う自動操舵装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１ 自動操舵装置、
２ 自動操舵指示装置、
３ 外部環境認識装置、
４ ナビゲーション装置、
５ 車両挙動検知装置、
９ ステアリングホイール、
１０ 電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）
１１ 操舵制御部、
１１ａ ＰＩＤ制御部、
１２ 入力トルクセンサ、
１３ ピニオン軸角度センサ、
１４ モータ、
１５ 転舵機構部、
１５ａ ピニオン軸、
２０ 転舵輪。

Claims (4)

1. 運転者によるステアリングホイールへの入力トルクを検出するトルクセンサ、
   電動パワーステアリング装置、
   車両が走行中の道路の形状を認識し、当該道路の形状に沿って前記車両が走行するために必要な舵角の情報である指示舵角を算出して出力する自動操舵指示装置、および
   前記指示舵角に応じて前記電動パワーステアリング装置が備えるモータに舵角制御電流を出力し、実舵角を前記指示舵角に追従させるフィードバック制御を実行する操舵制御部、
   を備える自動操舵装置であって、
   前記操舵制御部は、前記フィードバック制御の実行時において、前記入力トルクが所定の第１閾値以上となったことを検出した後であって、前記入力トルクが所定の第１閾値よりも低い所定の第２閾値未満となったことを検出するまでの期間中において、前記フィードバック制御の実行を一時的に停止し、かつ前記舵角制御電流を前記入力トルクが所定の第１閾値以上となったことを検出した時点の値に固定する
   ことを特徴とする自動操舵装置。
2. 前記フィードバック制御はＰＩＤ制御であって、
   前記操舵制御部は、前記フィードバック制御の実行時において、前記入力トルクが前記第１閾値よりも低い所定の第３閾値以上となったことを検出した場合に、前記ＰＩＤ制御における積分ゲインの値を、前記入力トルクが前記第３閾値以上となったことを検出した時点の値よりも低い所定の値に固定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の自動操舵装置。
3. 前記操舵制御部は、前記フィードバック制御の実行時において、前記入力トルクが前記第１閾値以上となったことを検出した場合に、前記電動パワーステアリング装置によるパワーアシスト動作のゲインを大きくする
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の自動操舵装置。
4. 前記操舵制御部は、前記フィードバック制御の実行時において、前記入力トルクが前記第３閾値以上となったことを検出した場合に、前記電動パワーステアリング装置によるパワーアシスト動作のゲインを大きくする
   ことを特徴とする請求項２に記載の自動操舵装置。

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