JP2017001415A - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライバに不快感を与えにくい車両制御装置を提供すること。
【解決手段】操舵を行う操舵ユニット（３５、１３５）、及び前記操舵と連動して回転するステアリング（４１）を備える車両に用いられる車両制御装置（１）であって、前記操舵ユニットを用いて操舵を行う操舵制御ユニット（７）と、ドライバのステアリング操舵に起因して前記操舵を行う第２の場合に比べて、前記操舵制御ユニットが前記操舵を行う第１の場合は、前記操舵に伴う前記ステアリングの回転を制限する制限ユニット（７）と、を備えることを特徴とする車両制御装置。
【選択図】図１

Description

本発明は車両制御装置に関する。

最近の車両では、ドライバのステアリング操舵を検出し、操舵トルクに応じてモータで操舵力をアシストする電動パワーステアリングシステムが一般的である。さらに近年では、ドライバの意思によらず自動で操舵する機能を搭載する車両も量産され、この機能は電動パワーステアリングによって実現される場合が多い。

また、自車両の前方に障害物を検出したとき、通常より回頭性が向上した回避走行モードに移行する技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００２−２７４３４４号公報

自車両の前方に障害物を検出したとき等に、自動的に操舵を行う車両制御装置が考えられる。車両制御装置が自動的に操舵を行ったとき、操舵シャフトはステアリングシャフトと連結しているため、ステアリングは連動して回転する。この場合、ステアリングを握っていたドライバの手は、意思に反して動かされるため、ドライバに不快感を与えるおそれがある。本発明は、こうした問題にかんがみてなされたものであり、ドライバに不快感を与えにくい車両制御装置を提供することを目的としている。

本発明の車両制御装置は、操舵を行う操舵ユニット、及び操舵と連動して回転するステアリングを備える車両に用いられる車両制御装置であって、操舵ユニットを用いて操舵を行う操舵制御ユニットと、ドライバのステアリング操舵に起因して操舵を行う第２の場合に比べて、操舵制御ユニットが操舵を行う第１の場合は、操舵に伴うステアリングの回転を制限する制限ユニットと、を備えることを特徴とする。

本発明の車両制御装置によれば、前記第１の場合、操舵に伴うステアリングの回転を制限することができる。そのことにより、ステアリングを握っていたドライバの手が意思に反して動かされることに伴うドライバの不快感を低減することができる。

車両制御装置１の構成を表すブロック図である。 操舵ユニット３５の構成を表す説明図である。 車両制御装置１が実行する処理を表すフローチャートである。 操舵量とステアリング４１の回転量との関係を表すグラフである。 一定の速度で操舵量を増していくときの、経過時間と、ステアリング４１の回転量との関係を表すグラフである。 操舵ユニット１３５の構成を表す説明図である。 車両制御装置１の構成を表すブロック図である。

本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
＜第１の実施形態＞
１．車両制御装置１の構成
車両制御装置１の構成を図１、図２に基づき説明する。車両制御装置１は車両に搭載される車載装置である。以下では、車両制御装置１を搭載する車両を自車両とする。車両制御装置１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備える公知のコンピュータである。車両制御装置１は、ＲＯＭに記憶されたプログラムにより後述する処理を実行する。

図１に示すように、車両制御装置１は、機能的に、障害物認識ユニット３、回避走行制御ユニット５、及び車両運動制御ユニット７を備える。各ユニットの機能は後述する。
自車両は、車両制御装置１に加えて、カメラ９、ミリ波レーダー１１、レーザーレーダー１３、ソナー１５、ロケーター１７、四輪車輪速センサ１９、ステアリング角センサ２１、前後Ｇセンサ２３、左右Ｇセンサ２５、ヨーレートセンサ２７、トルクセンサ２９、駆動力制御ユニット３１、ブレーキ制御ユニット３３、及び操舵ユニット３５を備える。

カメラ９は自車両の周囲を撮影し、画像データを作成する。ミリ波レーダー１１、レーザーレーダー１３、及びソナー１５は、いずれも、自車両の周囲に存在する障害物（例えば、他の車両、歩行者、固定物等）を検出する。ロケーター１７はＧＰＳを備えており、自車両の位置データを取得する。四輪車輪速センサ１９は自車両の車輪速を検出する。ステアリング角センサ２１は、自車両のステアリングにおける角度（基準となる位置からの回転量）を検出する。

前後Ｇセンサ２３は自車両の前後方向での加速度を検出する。左右Ｇセンサ２５は自車両の左右方向（車幅方向）での加速度を検出する。ヨーレートセンサ２７は自車両のヨーレートを検出する。トルクセンサ２９は、ステアリングの回転トルクを検出する。なお、トルクセンサ２９で検出する回転トルクは、自車両のドライバが通常のステアリング操舵を行い、ステアリングを回転させるときに発生するものである。駆動力制御ユニット３１は、自車両の駆動力を制御する。ブレーキ制御ユニット３３は自車両のブレーキ動作を制御する。操舵ユニット３５は自車両の操舵を行う。

次に、図１、図２を用いて操舵ユニット３５をさらに説明する。操舵ユニット３５は、ステアリング４１、ステアリングシャフト４３、ラックアンドピニオン４５、タイロッド４７等、周知の機械的な構成を備える。ステアリング４１は回転可能に保持されている。

基本的には、ステアリング４１が回転すると、ステアリングシャフト４３も連動して回転する。ステアリングシャフト４３が回転すると、ラックアンドピニオン４５によってステアリングシャフト４３と連結されているタイロッド４７が図２における左右方向に移動することで、車輪４９の向きが変わり、操舵が行われる。よって、ドライバがステアリング４１を握り、それを回転させることにより（ステアリング操舵を行うことにより）、操舵を行うことができる。以下では、操舵を行ったときの車輪４９における向きの変化量（切れ角の大きさ）を操舵量とする。

さらに、操舵ユニット３５は、モータ３７、及びＶＧＲ（variable gear ratio）モータ３９を備える。モータ３７は、ステアリングシャフト４３に対し回転トルクを付与する。モータ３７が付与する回転トルクの方向は、ステアリング４１の回転に起因して（ドライバのステアリング操舵に起因して）操舵を行う場合は、操舵を補助する方向（すなわち、ステアリング４１の回転方向と同じ方向）である。

また、後述する操舵回避を行う場合、モータ３７が付与する回転トルクの方向は、障害物との接触を避けるために自車両が進むべき方向に操舵する方向である。よって、操舵回避を行う場合、ドライバがステアリング４１を回転させなくても、モータ３７が付与する回転トルクにより自動的に操舵が行われる。

ＶＧＲモータ３９は、ステアリングシャフト４３を２分割する位置に設けられている。ステアリングシャフト４３のうち、ＶＧＲモータ３９よりも上の部分を上部シャフト４３Ａとし、ＶＧＲモータ３９よりも下の部分を下部シャフト４３Ｂとする。ＶＧＲモータ３９は、下部シャフト４３Ｂが単位量回転したときの上部シャフト４３Ａの回転量を変化させる機能を有する。

ここで、下部シャフト４３Ｂの回転量は操舵ユニット３５の操舵量に比例し、上部シャフト４３Ａの回転量はステアリング４１の回転量に比例する。よって、ＶＧＲモータ３９は、単位操舵量当りのステアリング４１の回転量を変化させる機能を有する。

なお、車両運動制御ユニット７は、操舵制御ユニット及び制限ユニットの一例である。回避走行制御ユニット５は判断ユニットの一例である。
２．車両制御装置１が実行する処理
車両制御装置１が所定時間ごとに繰り返し実行する処理を図３〜図５に基づき説明する。図３のステップ１では、障害物認識ユニット３が、カメラ９の画像データ、ミリ波レーダー１１の検出結果、レーザーレーダー１３の検出結果、及びソナー１５の検出結果を取得する。そして、障害物認識ユニット３は、それらに基づき障害物を認識できたか否かを判断する。障害物を認識できた場合はステップ２に進み、障害物を認識できなかった場合は本処理を終了する。

ステップ２では、障害物認識ユニット３が、前記ステップ１で認識したと判断した障害物の軌道（以下、障害物軌道とする）を演算する。障害物軌道とは、障害物の将来における予測軌道である。障害物軌道は以下のように演算する。直前の前記ステップ１で認識した障害物と同じ障害物のデータを過去に遡って検索し、その位置を読み出す。なお、車両制御装置１は、過去に認識した障害物のデータを記憶している。

次に、障害物の位置を時間の経過順に沿って並べ、それらを結ぶことで、障害物の過去の軌道を演算する。そして、障害物が、将来においても同じ方向に同じ速度で移動すると仮定し、過去の軌道に外挿して、障害物軌道を演算する。

ステップ３では、障害物認識ユニット３が、自車両の将来における予測軌道（以下、自車両軌道とする）を演算する。その演算方法は、障害物軌道の演算方法と同様である。次に、このように演算した自車両軌道と、前記ステップ２で演算した障害物軌道とを対比し、障害物が自車両に衝突するか否かを判断する。

すなわち、自車両軌道と障害物軌道とが交差しており、その交差している位置に自車両が到達するタイミングと障害物が到達するタイミングとが同じであれば、障害物が自車両に衝突すると判断し、それ以外であれば両者は衝突しないと判断する。障害物が自車両に衝突すると判断した場合はステップ４に進み、衝突しないと判断した場合は本処理を終了する。

ステップ４では、ドライバがステアリング４１を握っているか否かを回避走行制御ユニット５が判断する。具体的には、トルクセンサ２９により検出したトルクの値が閾値以上であればドライバがステアリング４１を握っていると判断し、それ以外の場合はドライバがステアリング４１を握っていないと判断する。ドライバがステアリング４１を握っていないと判断した場合はステップ５に進み、ドライバがステアリング４１を握っていると判断した場合はステップ６に進む。

ステップ５では、まず、回避走行制御ユニット５が、操舵回避の内容を決める。操舵回避とは、障害物との衝突を避けるために自動的に操舵を行い、車速を調整する処理である。操舵回避の内容とは、操舵する方向と、操舵量と、目標車速とである。

操舵回避の内容を決めるために、回避走行制御ユニット５は、ロケーター１７、四輪車輪速センサ１９、ステアリング角センサ２１、前後Ｇセンサ２３、左右Ｇセンサ２５、及びヨーレートセンサ２７から信号を取得し、自車両の状況（位置、速度、加速度、ステアリング角、ヨーレート等）を認識する。そして、回避走行制御ユニット５は、自車両の状況と、前記ステップ２で演算した障害物軌道とを総合して、操舵回避の内容を決める。

次に、車両運動制御ユニット７は、上記のように内容を決めた操舵回避を実行する。すなわち、操舵ユニット３５を用いて、操舵を行い、駆動力制御ユニット３１及びブレーキ制御ユニット３３を用いて車速を目標車速に調整する。ここでの操舵は、モータ３７の回転による自動操舵である。

なお、本ステップ５では、操舵回避を行うとき、ステアリング４１の回転は制限されない。すなわち、操舵回避を行うときの操舵量とステアリング４１の回転量、回転速度等との関係は、ドライバがステアリング４１を回転させて（ドライバのステアリング操舵に起因して）操舵を行う場合の関係と同様である。

一方、前記ステップ４で肯定判断された場合はステップ６に進む。ステップ６では、回避走行制御ユニット５及び車両運動制御ユニット７が、基本的には前記ステップ５と同様に操舵回避を実行する。

ただし、本ステップ６では、車両運動制御ユニット７が、操舵回避を実行するときの操舵に伴うステアリング４１の回転を制限する。制限の態様は、以下の(i)〜(iv)のいずれかとすることができる。ステアリング４１の回転に対する制限は、ＶＧＲモータ３９における、下部シャフト４３Ｂが単位量回転したときの上部シャフト４３Ａの回転量を変化させることで実現できる。

(i)操舵を行っても、ステアリング４１を回転させない。この場合の操舵量とステアリング４１の回転量との関係を、図４におけるＬ１の曲線により示す。Ｌ１の曲線において、操舵量が増加しても、ステアリング４１の回転量は０のままである。

なお、図４は、操舵量とステアリング４１の回転量との関係を表すグラフである。Ｌ２は、ドライバがステアリング４１を握り、それを回転させることにより操舵を行うときの、操舵量とステアリング４１の回転量との関係を表す曲線である。

(ii) ステアリング４１の回転速度に上限を設ける。この場合のステアリング４１の挙動を図５に表す。図５は、一定の速度で操舵量を増していくときの、経過時間と、ステアリング４１の回転量との関係を表す。ステアリング４１の回転速度に上限Ｘを設けた場合、図５の曲線Ｌ３のように、ステアリング４１の回転量は、上限Ｘ以下のゆっくりとした速度でしか上昇しない。図５における曲線Ｌ３の傾き（経過時間の単位量に対するステアリング回転量の変化量）はＸ以下である。

なお、曲線Ｌ４は、ドライバがステアリング４１を握り、それを回転させることにより操舵を行う場合の曲線である。この場合、ステアリング４１の回転速度に上限は設けられていない（あるいは上限Ｘよりも大きい上限が設けられている）ので、曲線Ｌ３に比べて、ステアリング４１の回転量が急速に上昇することができる。

(iii)ステアリング４１の回転量に上限を設ける。この場合のステアリング４１の挙動を図４における曲線Ｌ５により示す。Ｌ５の曲線において、操舵量が小さいうちは、操舵量の増加に応じてステアリング４１の回転量が増加するが、ステアリング４１の回転量が上限Ｙに達すると、さらに操舵量が増加したとしても、ステアリング４１はそれ以上回転しない。

(iv)単位操舵量当りのステアリング４１の回転量を少なくする。この場合のステアリング４１の挙動を図４における曲線Ｌ６により示す。Ｌ６の曲線は、Ｌ２の曲線に比べて、単位操舵量当りのステアリング４１の回転量が少ない。

３．車両制御装置１が奏する効果
（１Ａ）車両制御装置１は、車両運動制御ユニット７が操舵回避の一環として操舵を行う場合（第１の場合）は、ドライバのステアリング操舵に起因して操舵を行う場合（第２の場合）に比べて、操舵に伴うステアリング４１の回転を制限する。そのことにより、ステアリング４１を握っているドライバの手が意に反して動かされることに伴うドライバの不快感を低減できる。

（１Ｂ）車両制御装置１は、ステアリング４１の回転を制限する態様として、前記(i)〜（iv）のいずれかを用いる。そのことにより、ドライバの不快感を低減できる。
（１Ｃ）車両制御装置１は、ドライバがステアリング４１を握っているか否かを判断し、ドライバがステアリング４１を握っていると判断したことを条件として、ステアリング４１の回転を制限する。そのことにより、必要性が低い場合は、ステアリング４１の回転を制限する処理を実行しないようにすることができる。

（１Ｄ）車両制御装置１は、障害物を認識したときに操舵回避を行う。操舵回避は、ドライバが予期せぬタイミングで実行されることがあるが、その場合でも、車両制御装置１は、ステアリング４１の回転を制限することにより、ステアリング４１を握っているドライバの手が意に反して動かされることに伴うドライバの不快感を低減できる。
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態は、基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。

１．第１の実施形態との相違点
車両制御装置１は、図６、図７に示す操舵ユニット１３５を備える。操舵ユニット１３５は、ステアバイワイヤシステムと呼ばれる形式のものである。操舵ユニット１３５は、ステアリング４１、ステアリングシャフト４３、ラックアンドピニオン４５、タイロッド４７等、周知の機械的な構成を備える。ステアリング４１は回転可能に保持されている。

ステアリングシャフト４３は、上部シャフト４３Ａと下部シャフト４３Ｂとに分けられており、それらの間にクラッチ５１が設けられている。クラッチ５１は、通常、上部シャフト４３Ａと下部シャフト４３Ｂとを分離している。上部シャフト４３Ａと下部シャフト４３Ｂとが分離しているとき、上部シャフト４３Ａ及び下部シャフト４３Ｂの一方を回転駆動しても、その駆動力は他方に伝達されない。クラッチ５１は、非常時のみ、上部シャフト４３Ａと下部シャフト４３Ｂとを接続する。

さらに、操舵ユニット１３５は、モータ３７を備える。モータ３７は、車両運動制御ユニット７により制御される。モータ３７は、下部シャフト４３Ｂに対し回転トルクを付与する。操舵ユニット１３５の操舵は、モータ３７が付与する回転トルクにより行われる。

ドライバがステアリング４１を回転させることによる操舵は、以下のように行われる。ドライバがステアリング４１を回転させると、トルクセンサ２９が、その回転方向、及び回転量を検出する。モータ３７は、トルクセンサ２９で検出した回転方向及び回転量に応じた回転トルクを下部シャフト４３Ｂに付与し、操舵を行う。

また、操舵回避を行う場合は、回避走行制御ユニット５が決めた操舵回避の内容に応じた回転トルクを、モータ３７が下部シャフト４３Ｂに付与し、操舵を行う。
さらに、操舵ユニット１３５は、反力モータ５３を備える。反力モータ５３は、車両運動制御ユニット７により制御される。反力モータ５３は、ドライバがステアリング４１を回転させたとき、その回転とは反対方向の回転トルクをステアリング４１の回転角度に応じて上部シャフト４３Ａに付与する。反力モータ５３は、ドライバがステアリング４１を回転させるとき、適度な抵抗を生じさせ、違和感のない操舵フィーリングを生じさせる機能を有する。

本実施形態の車両制御装置１は、前記ステップ６において、前記第１の実施形態と同様に、前記(i)〜(iv)のいずれかの態様でステアリング４１の回転を制限する。
ただし、本実施形態では、反力モータ５３の回転を制御することで、ステアリング４１の回転を制限する。すなわち、前記(i)の態様の場合、反力モータ５３を回転させないことにより、ステアリング４１を回転させないようにする。

また、前記(ii)の態様の場合、反力モータ５３の回転速度に上限を設けることで、ステアリング４１の回転速度に上限を設ける。
また、前記(iii)の態様の場合、反力モータ５３の回転量に上限を設けることで、ステアリング４１の回転量に上限を設ける。

また、前記(iV)の態様の場合、単位操舵量当りの反力モータ５３の回転量を少なくすることで、単位操舵量当りのステアリング４１の回転量を少なくする。
２．車両制御装置１が奏する効果
以上詳述した第２の実施形態によれば、前述した第１の実施形態の効果（１Ａ）〜（１Ｄ）に加え、以下の効果が得られる。

（２Ａ）車両制御装置１は、操舵回避を実行するとき、操舵をモータ３７により行い、ステアリング４１の回転を反力モータ５３により行う。そのため、ステアリング４１の回転を制限するときの自由度が一層大きい。
＜その他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得る。

（１）前記第１、第２の実施形態において、ステアリング４１の回転を制限する態様は、前記(i)〜(iv)以外のものであってもよい。例えば、前記(ii)のように、ステアリング４１の回転速度に上限を設けるとともに、前記(iii)のように、ステアリング４１の回転量に上限を設けてもよい。また、前記(ii)のように、ステアリング４１の回転速度に上限を設けるとともに、前記(iv)のように、単位操舵量当りのステアリング４１の回転量を少なくしてもよい。また、前記(iii)のように、ステアリング４１の回転量に上限を設けるとともに、前記(iv)のように、単位操舵量当りのステアリング４１の回転量を少なくしてもよい。

（２）車両制御装置１は、予め設定された経路に沿って自車両を走行させる自動走行機能を備えていてもよい。自動走行中は、自車両が経路から逸脱しないように、適宜操舵を行う。その操舵は、操舵回避を実行する場合と同様に、車両運度制御ユニット７が操舵ユニット３５、１３５を制御して行うことができる。そして、自動走行中に操舵を行うとき、前記第１、第２の実施形態のように、ステアリング４１の回転を制限してもよい。

（３）前記ステップ４において、トルクセンサ２９以外の手段により、ドライバがステアリング４１を握っているか否かを判断してもよい。例えば、ステアリング４１に設けた接触センサにより、ドライバがステアリング４１を握っているか否かを判断してもよい。

（４）車両制御装置１は、ドライバがステアリング４１を握っているか否かによらず、ステアリング４１の回転を制限してもよい。
（５）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

（６）上述した車両制御装置の他、当該車両制御装置を構成要素とするシステム、当該車両制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、車両制御方法、ハンドルの回転制限方法等、種々の形態で本発明を実現することもできる。

１…車両制御装置、３…障害物認識ユニット、５…回避走行制御ユニット、７…車両運動制御ユニット、９…カメラ、１１…ミリ波レーダー、１３…レーザーレーダー、１５…ソナー、１７…ロケーター、１９…四輪車輪速センサ、２１…ステアリング角センサ、２３…前後Ｇセンサ、２５…左右Ｇセンサ、２７…ヨーレートセンサ、２９…トルクセンサ、３１…駆動力制御ユニット、３３…ブレーキ制御ユニット、３５、１３５…操舵ユニット、３７…モータ、３９…ＶＧＲモータ、４１…ステアリング、４３…ステアリングシャフト、４３Ａ…上部シャフト、４３Ｂ…下部シャフト、４５…ラックアンドピニオン、４７…タイロッド、４９…車輪、５１…クラッチ、５３…反力モータ

Claims (6)

1. 操舵を行う操舵ユニット（３５、１３５）、及び前記操舵と連動して回転するステアリング（４１）を備える車両に用いられる車両制御装置（１）であって、
   前記操舵ユニットを用いて操舵を行う操舵制御ユニット（７）と、
   ドライバのステアリング操舵に起因して前記操舵を行う第２の場合に比べて、前記操舵制御ユニットが前記操舵を行う第１の場合は、前記操舵に伴う前記ステアリングの回転を制限する制限ユニット（７）と、
   を備えることを特徴とする車両制御装置。
2. 請求項１に記載の車両制御装置であって、
   前記制限ユニットは、前記第１の場合、前記操舵を行っても、前記ステアリングを回転させないことを特徴とする車両制御装置。
3. 請求項１に記載の車両制御装置であって、
   前記制限ユニットは、前記第１の場合、前記ステアリングの回転速度、及び／又は、前記ステアリングの回転量について、前記第２の場合よりも低い上限を設けることを特徴とする車両制御装置。
4. 請求項１に記載の車両制御装置であって、
   前記制限ユニットは、前記第１の場合、単位操舵量当りの前記ステアリングの回転量を、前記第２の場合よりも少なくすることを特徴とする車両制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両制御装置であって、
   ドライバが前記ステアリングを握っているか否かを判断する判断ユニット（５）を備え、
   前記制限ユニットは、ドライバが前記ステアリングを握っていると前記判断ユニットが判断したことを条件として、前記制限を行うことを特徴とする車両制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両制御装置であって、
   障害物を認識する障害物認識ユニット（３）を備え、
   前記操舵制御ユニットは、前記障害物認識ユニットが障害物を認識したときに前記操舵を行うことを特徴とする車両制御装置。