JP3858485B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両の中には、自動操舵によって、車両を所定の目標軌跡に沿って走行させることや、例えば前方車両との接触回避を行う等のことが提案されている。特開平９−１５６２５８号公報には、操舵輪とステアリングハンドルとを連係する機構中に別途自動操舵用のモータを組み込み、車両の目標軌跡に対する横偏差を低減するようにモータを駆動制御するものが提案されている。また、特開平９−１５６５２２号公報には、ステアリングハンドルと操舵輪に操舵力を付与する機構とを別途独立した存在、つまり互いの機械的連係を断って、自動操舵と運転者によるマニュアル操舵との干渉を防止するようにしたものが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自動操舵を行う場合に、前述の特開平９−１５６５２２号公報に示すように、運転者により操作されるステアリングハンドルと、操舵輪に操舵力を付与する操舵力付与機構とを別途独立した存在とした場合、自動操舵によって操舵輪を操舵したときに、ステアリングハンドルに操舵の反力を付与することが、車両が方向変更されることを運転者に知らせる上で、また走行方向変更を運転者に促す上で好ましいものとなる。この場合、自動操舵という観点から、操舵力の付与が基本にあり、操舵反力の付与は操舵力付与に応じた付随的なものとなる。
【０００４】
自動操舵における操舵力付与に伴ってそのまま操舵反力付与を行った場合、運転者が違和感を感じることがある、ということが発見された。この点を詳述すると、運転者は、通常はマニュアル操作によって操舵しているが、このとき、ステアリング操作が先に行われて、これよりも遅れて車両の走行方向が変更されるという感覚を強くもっているものである。一方、自動操舵の場合は、運転者の意志にかかわりなく操舵力付与が行われることになるので、付与された操舵反力をステアリングハンドルを通して運転者が認識するのは、車両が走行方向を実際に変更したとほぼ同じタイミングあるいは走行方向の変更から遅れたタイミングとなってしまい、このような操舵反力を運転者が認識するタイミングが違和感を与えることになってしまう。
【０００５】
また、自動操舵を行う場合、操舵反力をいかに設定するかも、大きな問題となる。すなわち、自動操舵を行ったときに生じる車両の走行方向変更状態（挙動）に応じた操舵反力の大きさというものを運転者に認識させることができないと、自動操舵に対して運転者が不安感や違和感を与えてしまうことになる。とりわけ、自動操舵のときに同じ操舵力を与えたとしても、そのときの車両の走行状態に応じて車両の走行方向変更の挙動がかなり相違する場合もあり、このような観点から操舵反力をいかに設定するかが問題となってくる。
【０００６】
本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、自動操舵を行う場合に、運転者に与える操舵反力のタイミングをより適切設定できるようにした車両の制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、特に操舵反力を与えるタイミングを適切化するために、本発明にあっては次のような第１の解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
運転者により操作されるステアリング部と、
前記ステアリング部とは独立して構成され、操舵輪を操舵するための操舵部と、
前記ステアリング部に操舵反力を付与する操舵反力付与手段と、
前記操舵部に操舵力を付与する操舵力付与手段と、
自動操舵のために決定される第１制御目標値でもって前記前記操舵力付与手段を制御すると共に、自動操舵されるときに第２制御目標値でもって前記操舵反力付与手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段による前記操舵力付与手段および操舵反力付与手段の制御が、前記操舵輪に対する操舵力の付与が前記ステアリング部に対する操舵反力付与よりも所定分遅延されるように行われると共に、操舵速度が大きいときは操舵速度が小さいときに比して、前記遅延の度合いが小さくなるように変更される、
ようにしてある。
【０００８】
前記目的を達成するため、特に操舵反力を与えるタイミングを適切化するために、本発明にあっては次のような第２の解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項２に記載のように、
運転者により操作されるステアリング部と、
前記ステアリング部とは独立して構成され、操舵輪を操舵するための操舵部と、
前記ステアリング部に操舵反力を付与する操舵反力付与手段と、
前記操舵部に操舵力を付与する操舵力付与手段と、
自動操舵のために決定される第１制御目標値でもって前記前記操舵力付与手段を制御すると共に、自動操舵されるときに第２制御目標値でもって前記操舵反力付与手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段による前記操舵力付与手段および操舵反力付与手段の制御が、前記操舵輪に対する操舵力の付与が前記ステアリング部に対する操舵反力付与よりも所定分遅延されるように行われると共に、操舵量が小さいときは操舵量が大きいときに比して、前記遅延の度合いが小さくなるように変更される、
ようにしてある。
【０００９】
上記第１の解決手法あるいは第２の解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項３以下に記載のとおりである。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１によれば、運転者がステアリング部を通して操舵反力を感じた後に、自動操舵による車両の走行方向変更となるので、自動操舵に伴う違和感を運転者が感じてしまう事態を防止する上で好ましいものとなる。また、操舵速度に応じて、遅延の度合いを適切に設定することができる。
【００１１】
請求項２によれば、運転者がステアリング部を通して操舵反力を感じた後に、自動操舵による車両の走行方向変更となるので、自動操舵に伴う違和感を運転者が感じてしまう事態を防止する上で好ましいものとなる。また、操舵量に応じて、遅延の度合いを適切に設定することができる。
【００１２】
請求項３によれば、自動操舵が車両を所定の目標軌跡に沿って走行させるためである場合に、請求項１または請求項２に対応した効果を得ることができる。
請求項４によれば、第１制御目標値および第２制御目標値を決定するための具体的な手法が提供される。
【００１３】
請求項５〜請求項７によれば、操舵トルク、ヨーレートあるいは路面μに応じて、遅延の度合をより適切に設定することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１において、１は車両（自動車）であり、実施形態ではＦＦ車とされている。走行車線が符号２で示され、その左側境界線（白線）が符号２Ｌで、また右側境界線が符号２Ｒで示される。実際の走行車線２には表示されていないが、走行車線２の中央線が、一点鎖線でかつ符号２Ｃが付されて示される。車両１は、中央線２Ｃを目標軌跡をとして自動操舵されるが、図１では車両１は中央線２Ｃに対して若干右側に偏向されていると共に、車体前部が右側に若干傾いている状態が示される。図１の状態では、自動操舵の際、操舵輪としての左右の前輪３が左に向くように操舵力が付与され、ステアリング部としてのステアリングハンドル４には左操作の操舵反力が付与される。
【００１５】
車両１の操舵系統と制御系統とが図２に示される。この図２において、操舵輪としての左右の前輪３が、左右一対のナックルアーム１１、左右一対のタイロッド１２、および左右のタイロッド１２同士を連結する駆動機構（減速歯車機構）１３を介して互いに機械的に連係されている。上記各構成要素１１、１２、１３が、操舵部としての操舵機構を構成しており、駆動機構１３には、操舵力付与手段としてのモータ（アクチュエ−タ）１４が設けられている。前記ハンドル４は、操舵機構１１〜１３とは別個独立して構成されており、ハンドル４に付設されたステアリングシャフト４ａに対して、操舵反力付与手段としてのモータ１５が設けられている。
【００１６】
自動操舵の際、後に詳述するように、モータ１４によって左右の前輪３に対して操舵トルク（操舵力）が与えられる一方、モータ１５によってハンドル４に対して操舵反力が付与される。なお、自動操舵でない通常のマニュアル操舵時、つまり運転者がハンドル４をマニュアル操作することに伴う操舵時は、ハンドル４の操舵量あるいは操舵トルクに応じてモータ１４が駆動されてハンドル４の操作方向に前輪３が操舵され、また操舵量あるいは操舵トルクに応じた操舵反力がモータ１５によって与えられる。
【００１７】
前記各モータ１４、１５は、マイクロコンピュ−タを利用して構成されたコントロ−ラＵによって、制御される。コントロ−ラＵは、各種センサ等からの信号が入力されて、次の各種状態が検出（あるいは演算）されるようになっている。検出（あるいは演算）される各種状態は、次のとおりである。まず、目標軌跡としての走行車線２の中央線２Ｃの位置が、例えば車両１に搭載されたカメラを利用してｙｃとして検出される。また、車両１の前後方向中心線と中央線２Ｃとの現在の横方向偏差が、例えば上記カメラを利用してｙｏとして検出される。現在の車速が、車速センサによりｖとして検出される。車両１のヨー角が、例えば上記カメラを利用してｙｗとして検出される。車両１のヨーレートが、ヨーレートセンサによりｒとして検出される。路面摩擦係数がμとして検出される。操舵量（前輪３の実際の操舵量）が舵角センサによりθとして検出される。操舵速度（前輪３の実際の操舵速度）が、例えばθを微分することによりθ′として検出される。走行車線２の曲率（曲率半径）が、上記カメラあるいはナビゲーションシステム等を利用して検出される。なお、上記各種状態の検出手法は、従来既知の適宜の手法を採択し得るものである。
【００１８】
目標軌跡としての中央線２Ｃに沿った走行を行うように自動操舵するため、将来横偏差量ｙ１が決定される。この将来横偏差量ｙ１は、車両１が前方注視ポイントＰ（図１参照）に到達するまでにかかると予測される時間となる車頭時間をＴとしたとき、中央線位置ｙｃと、横方向偏差量ｙｏと、車頭時間Ｔと、車速ｖと、ヨー角ｙｗとに基づいて、次の式１により算出される。
【００１９】
ｙ１＝ｙｃ−（ｙｏ＋Ｔ×ｖ×ｙｗ） ・・・・・（１）
【００２０】
自動操舵のとき、操舵力を決定する第１制御目標値としての操舵トルクＴ２、および操舵反力を決定する第２制御目標値としてのステアリングトルクＴ１がそれぞれ、将来横偏差量ｙ１に基づいて、図３に示すように決定される。操舵トルクＴ２は、ステアリングトルクＴ１よりも常に大きい値とされるが、その偏差は、操舵トルクＴ２が大きくなるほど大きくなるように設定される。また、各トルクＴ１、Ｔ２はそれぞれ、将来横偏差量ｙ１が大きくなるほど大きくなるように設定されるが、上限値設定も行われる。
【００２１】
なお、図３は、将来横偏差量ｙ１をパラメ−タとして、マップ化して各トルクＴ１、Ｔ２があらかじめ作成、記憶されているが、制御定数（制御ゲイン）を用いて、ｙ１に基づいて各トルクＴ１、Ｔ２を演算することもできる。すなわち、後述するフロ−チャ−トでの説明にあるように、Ｔ１＝ｋ１×ｙ１として演算し、Ｔ２＝ｋ２×ｙ１として演算することもできる（ｋ１＜ｋ２）。操舵トルクＴ２のモータ１４に対する出力は、操舵反力Ｔ１のモータ１５に対する出力に対して、所定分ｔだけ遅延して行われ、この遅延の度合い（遅延時間）ｔは、走行状態に応じて変更される。
【００２２】
コントロ−ラＵによる自動操舵の制御内容を、図５のフロ−チャ−トを参照しつつ説明するが、以下の説明でＱはステップを示す。まず、Ｑ１において、図２に示す各種状態が読み込まれた（演算された）後、Ｑ２において、将来横偏差量ｙ１が算出される。この将来横偏差量ｙ１に基づいて、Ｑ３でもってステアリングトルクつまり操舵の反力トルクＴ１が算出され、Ｑ４でもって操舵トルクＴ２が算出される。
【００２３】
Ｑ５では、操舵トルクＴ２、ヨーレートｒ、路面μ、操舵量θ、操舵速度θ′、車速ｖをパラメ−タとして、遅延時間ｔが算出される。Ｑ５の後、Ｑ６において、ステアリングトルクＴ１がモータ１５に対して出力される（トルクＴ１の大きさでのモータ１５による駆動の実行）。この後、Ｑ７において、Ｔ１出力から遅延時間ｔが経過するのを待って、Ｑ８において操舵トルクＴ２がモータ１４に対して出力される（トルクＴ２でのモータ１４による駆動の実行）。
【００２４】
Ｑ５での遅延時間ｔの設定は、より詳細には次のようにされる。まず、遅延時間ｔは、操舵トルクＴ２が大きいほど大きく設定される（Ｔ２が大きいときは小さいときに比して遅延時間ｔが大きく設定される）。遅延時間ｔは、ヨーレートｒが大きいほど大きく設定される（ｒが大きいときは小さいときに比して遅延時間ｔが大きく設定される）。遅延時間ｔは、路面μが大きいほど大きく設定される（μが大きいときは小さいときに比して遅延時間ｔが大きく設定される）。ただし、路面μについては、基準路面μ０が設定されて、基準路面μ０よりも実際の路面μが大きいときは遅延時間ｔが大きくされ、基準路面μ０よりも実際の路面μが小さいときは遅延時間ｔが小さくされる設定となる。
【００２５】
遅延時間ｔは、操舵量θが大きいほど大きく設定される（θが大きいときは小さいときに比して遅延時間ｔが大きく設定される）。遅延時間ｔは、操舵速度θ′が大きいほど小さく設定される（θ′が大きいときは小さいときに比して遅延時間ｔが小さく設定される）。遅延時間ｔは、車速ｖが大きいほど小さく設定される（ｖが大きいときは小さいときに比して遅延時間ｔが小さく設定される）。
【００２６】
上述のように、遅延時間ｔは、操舵トルクＴ２を基本値として設定されて、車速ｖ等の各種走行状態に応じて補正（変更）されることになる。Ｑ５での遅延時間変更用の走行状態は、あくまで一例を示すものであり、Ｑ５に示す各種走行状間の少なくとも１つを用いて（任意の２つ以上の組み合わせを用いる場合を含む）遅延時間ｔの変更を行うことができ、上述の説明には含まれない走行状態、特に操舵時の車両挙動に影響を与える走行状態でもって遅延時間ｔを変更することもできる（例えば車重、前後荷重配分、路面の凹凸等）。
【００２７】
以上実施形態について説明したが、特許請求の範囲における請求項９に対応した構成とするには、ステアリングトルクＴ１（第２制御目標値）の設定を、操舵トルクＴ２（第１制御目標値）と走行状態とに基づいて設定するようにすればよい。このときの走行状態としては、例えば、ヨーレート、路面μ、操舵量、操舵速度、車速のうち少なくともいずれか１つ、あるいは任意の２つ以上の組み合わせとすることができる。具体的には、ステアリングトルクＴ１を、操舵トルクＴ２に基づく値を基本値として設定すると共に、この基本値を上記走行状態で補正（変更）するようにすればよい（例えば図４のＱ５における遅延時間ｔでの設定と同様な手法での設定）。また、図４に示す実施形態において、ステアリングトルクＴ１を、上述のように走行状態で補正した値ものを用いるようにすることもできる（特許請求の範囲における請求項１と請求項９との両方を満足する構成とする）。
【００２８】
本発明での自動操舵は、目標軌跡に対する追従のためでなく、例えば前方車両との接触を回避するための回避操舵のための自動操舵等、自動操舵の目的（種類）は特に問わないものである。また、目標軌跡追従のための自動操舵としては、目標軌跡から所定以上ずれた場合のみに目標軌跡に復帰するように自動操舵する場合をも含むものである。自動操舵のための第１制御目標値としては、操舵トルクＴ２を用いる代わりに目標操舵量として設定する等、トルク以外の値を目標値として設定することも可能である。フロ−チャ−トに示す各ステップあるいはセンサ等の各種部材は、その機能の上位表現に手段の名称を付して表現することができる。また、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。さらに、本発明は、制御方法として表現することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】目標軌跡追従のための自動操舵を説明するための図。
【図２】自動操舵に用いる操舵系統と制御系統との一例を示す図。
【図３】操舵トルクとステアリングトルクとの設定例を示す図。
【図４】本発明の制御例を示すフロ−チャ−ト。
【図５】本発明の構成をブロック図的に示す図。
【符号の説明】
１：車両
２：走行車線
２Ｃ：中央線（目標軌跡ｙｃ）
３：前輪（操舵輪）
４：ステアリングハンドル（ステアリング部）
１４：モータ（操舵トルク発生用）
１５：モータ（操舵反力発生用）
Ｕ：コントロ−ラ
ｙ１：将来横偏差量
Ｔ１：ステアリングトルク（操舵反力）
Ｔ２：操舵トルク（操舵力）

Claims (7)

1. 運転者により操作されるステアリング部と、
   前記ステアリング部とは独立して構成され、操舵輪を操舵するための操舵部と、
   前記ステアリング部に操舵反力を付与する操舵反力付与手段と、
   前記操舵部に操舵力を付与する操舵力付与手段と、
   自動操舵のために決定される第１制御目標値でもって前記前記操舵力付与手段を制御すると共に、自動操舵されるときに第２制御目標値でもって前記操舵反力付与手段を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段による前記操舵力付与手段および操舵反力付与手段の制御が、前記操舵輪に対する操舵力の付与が前記ステアリング部に対する操舵反力付与よりも所定分遅延されるように行われると共に、操舵速度が大きいときは操舵速度が小さいときに比して、前記遅延の度合いが小さくなるように変更される、
   ことを特徴とする車両の制御装置。
2. 運転者により操作されるステアリング部と、
   前記ステアリング部とは独立して構成され、操舵輪を操舵するための操舵部と、
   前記ステアリング部に操舵反力を付与する操舵反力付与手段と、
   前記操舵部に操舵力を付与する操舵力付与手段と、
   自動操舵のために決定される第１制御目標値でもって前記前記操舵力付与手段を制御すると共に、自動操舵されるときに第２制御目標値でもって前記操舵反力付与手段を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段による前記操舵力付与手段および操舵反力付与手段の制御が、前記操舵輪に対する操舵力の付与が前記ステアリング部に対する操舵反力付与よりも所定分遅延されるように行われると共に、操舵量が小さいときは操舵量が大きいときに比して、前記遅延の度合いが小さくなるように変更される、
   ことを特徴とする車両の制御装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記第１制御目標値が、車両を所定の目標軌跡に沿って走行させるためのものとして決定される、ことを特徴とする車両の制御装置。
4. 請求項３において、
   前記第１制御目標値が、現在走行している車線からの将来予測される横方向へのずれ量となる予測横偏差量に基づいて決定され、
   前記第２制御目標値も、前記予測横偏差量に基づいて決定される、
   ことを特徴とする車両の制御装置。
5. 請求項１または請求項２において、
   操舵トルクが大きいときは小さいときに比して、前記遅延の度合が大きくされる、ことを特徴とする車両の制御装置。
6. 請求項１または請求項２において、
   ヨーレートが大きいときは小さいときに比して、前記遅延の度合が大きくされる、ことを特徴とする車両の制御装置。
7. 請求項１または請求項２において、
   路面μが大きいときは小さいときに比して、前記遅延の度合が大きくされる、ことを特徴とする車両の制御装置。

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