JP7391475B2 - 操舵支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車などの車両の操舵を支援する装置に関する。

最近の自動車などの車両には、操舵を支援する操舵支援機能を搭載したものがある。車両の駐車を支援する駐車支援機能は、操舵支援機能を使用する機能の１つであり、その駐車支援機能により、たとえば、商業施設などの駐車場において、車両のユーザにより駐車可能な駐車枠（駐車位置の目標）が設定されると、車両が現在位置から目標の駐車位置までの目標の軌跡どおりに移動して駐車位置に駐車されるよう、ステアリング操作、アクセル操作、ブレーキ操作およびシフト操作が自動で行われる。

特開２０１９－１７１９５９号公報

かかる駐車支援機能によるステアリングの動作中に、ユーザがその動作を解除（終了）したい意思を示した場合、それを常に優先させる必要がある。ユーザによる解除意思が示される操作は、たとえば、ハンドル操作であり、このハンドル操作を検出する手法として、ＥＰＳ（Electric Power Steering）システムに元々から搭載されているトルクセンサの情報（トルクセンサ値）を用いる手法がある。

ところが、駐車支援機能によるステアリングの動作中にも操舵トルクが発生する場合があり、トルクセンサの情報のみを用いる手法では、その場合に、駐車支援が誤って停止され、駐車支援機能の利便性を低下させる懸念がある。

本発明の目的は、ユーザの意思に応じて操舵支援を停止させることができる、操舵支援装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る操舵支援装置は、車両のステアリングに付与されるトルクを発生するモータと、ステアリングの操舵トルクを検出するトルク検出手段と、ステアリングの舵角を検出する舵角検出手段と、指示舵角に応じてモータを制御して、ステアリングの舵角を指示舵角に一致させる操舵支援を行う操舵支援手段と、トルク検出手段により検出される操舵トルクと、指示舵角と舵角検出手段により検出された舵角との差分である舵角偏差とに基づいて、操舵支援手段による操舵支援を停止させる操舵支援停止手段とを含む。

この構成によれば、操舵トルクだけではなく、ユーザのハンドル操作により変化するパラメータである舵角偏差に基づいて、操舵支援が停止される。そのため、操舵支援中に、ユーザによるハンドル操作ではなく、指示舵角に応じたモータのトルクによりステアリング（ハンドル）が停止状態から動かされる場合や切り返される場合などに、慣性による操舵トルクが検出されても、操舵支援が停止されることを抑制できる。一方、操舵支援中に、ユーザによるハンドル操作が行われて、操舵トルクおよび舵角偏差が発生した場合には、その操舵トルクと舵角偏差とに基づいて、操舵支援が停止される。

よって、操舵支援がユーザの意思に反して停止されることを抑制できながら、ユーザの意思によるハンドル操作が行われた場合には、そのユーザの意思に応じて操舵支援を停止させることができる。

操舵支援停止手段は、トルク検出手段により検出される操舵トルクに関するトルク閾値と舵角偏差に関する舵角偏差閾値との組合せ、および、当該組合せに対応づけて、ステアリングの舵角の時間変化率である操舵速度に関する値に基づく時間閾値を設定し、トルク検出手段により検出される操舵トルクおよび舵角偏差がそれぞれ当該組合せに係るトルク閾値および舵角偏差閾値以上である状態が、当該組合せに対応する時間閾値以上継続した場合、操舵支援を停止させる構成であってもよい。

この構成によれば、操舵トルクおよび舵角偏差がそれぞれトルク閾値および舵角偏差閾値以上である状態が時間閾値以上継続した場合に、操舵支援が停止されるので、操舵支援によりステアリングが切り返される場合（舵角の方向が切り替わる場合）などに一時的な操舵トルクが検出されても、ユーザの意思に反して操舵支援が停止されてしまうことを防止できる。

しかも、時間閾値は、ユーザのハンドル操作により変化するパラメータである操舵速度に関する値に基づいて設定されるので、操舵トルクおよび舵角偏差がそれぞれトルク閾値および舵角偏差閾値以上である状態が時間閾値以上継続する状況は、ユーザの意思によるハンドル操作が行われている状況であると推定できる。したがって、当該状況が成立するか否かにより、ユーザが操舵支援を停止させる意思を有しているか否かを精度よく判定できるので、その判定に応じて操舵支援を停止させるか否かが決定されることにより、ユーザの意思に反する操舵支援の停止を一層抑制することができ、ユーザの意思に応じて操舵支援を停止させることができる。

時間閾値は、操舵速度に関する値が大きいほど小さい値に設定されるとよい。

これにより、たとえば、ユーザが操舵支援により自動的に回転するハンドルに手を軽く触れた場合、操舵速度に関する値の変化が小さいので、その状況が長く続かなければ、操舵支援が停止されない。その結果、ユーザの意思に反して駐車支援が停止されてしまうことをより一層防止できる。一方、ユーザが操舵支援により自動的に回転するハンドルを手で操作して逆方向に回転させた場合、操舵速度に関する値が大きく変化するので、ユーザの意思に応じて操舵支援をすみやかに停止させることができる。

本発明によれば、操舵支援がユーザの意思に反して停止されることを抑制できながら、ユーザの意思によるハンドル操作が行われた場合には、そのユーザの意思に応じて操舵支援を停止させることができる。

本発明の一実施形態に係る操舵支援装置が搭載された車両の操舵に関する構成を図解的に示すブロック図である。 駐車支援機能に関する構成を示すブロック図である。 駐車支援動作の停止が判定される第１の条件を示す図である。 駐車支援動作の停止が判定される第２の条件を示す図である。 駐車支援動作の停止が判定される第３の条件を示す図である。 駐車支援動作の停止が判定される第４の条件を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜操舵構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る車両１の操舵に関する構成を図解的に示すブロック図である。

車両１には、電動パワーステアリング装置２が搭載されている。電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering）２は、電動モータＭおよびステアリング３を含み、電動モータＭが発生するトルクをステアリング３に付与することにより、車両１の操向用の車輪（たとえば、左右の前輪）を転舵させる装置である。

ステアリング３には、ハンドル（ステアリング）４、ステアリングギヤ機構５およびステアリングシャフト６が含まれる。

ハンドル４は、たとえば、運転者によって車両１の操向のために回転操作されるステアリングホイールであり、車室内における運転席の前方に配設されている。

ステアリングギヤ機構５は、たとえば、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤを含む機構である。

ステアリングシャフト６は、車室内外を貫通して設けられている。ステアリングシャフト６の上端部は、ハンドル４に連結されている。ステアリングシャフト６の下端部は、ステアリングギヤ機構５に連結されている。ステアリングギヤ機構５がラックアンドピニオン式のステアリングギヤを含む構成である場合、ステアリングシャフト６の下端部は、ステアリングギヤのピニオンに相対回転不能に連結されている。

また、車両１には、ＥＰＳＥＣＵ７が搭載されている。ＥＰＳＥＣＵ７は、主として電動パワーステアリング装置２（電動モータＭ）の制御を行うＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）である。車両１には、各部を制御するため、ＥＰＳＥＣＵ７以外に、図２に示されるＩＰＡ（Intelligent Parking Assist）ＥＣＵ８など、複数のＥＣＵが備えられている。これらのＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。

ＥＰＳＥＣＵ７は、ＣＰＵおよびメモリを含む構成のマイコン（マイクロコントローラユニット）１１と、Ｈブリッジ回路からなるモータ駆動回路１２とを備えている。

マイコン１１には、制御に必要な各種センサが接続されている。各種センサには、たとえば、トルクセンサ１３および舵角センサ１４が含まれる。

トルクセンサ１３は、ステアリングシャフト６の途中部に介装されたトーションバー１５に関連して設けられ、トーションバー１５に生じる捩れの大きさおよび方向を操舵トルクとして検出し、その操舵トルクに応じた検出信号を出力する。

舵角センサ１４は、たとえば、ハンドル４の舵角（ステアリング３の舵角）の中点に対するハンドル４の舵角（絶対舵角）に応じた検出信号を出力する。舵角センサ１４が検出する舵角は、たとえば、舵角中点からハンドル４が右側に回された状態で正の値をとり、左側に回された状態で負の値をとる。

マイコン１１は、各種センサの検出信号から取得した情報および／または他のＥＣＵから入力される種々の情報などに基づいて、電流目標値を設定し、電流目標値に相当する駆動電流が電動モータＭに供給されるように、モータ駆動回路１２に含まれるスイッチング素子のスイッチングを制御する。

＜駐車支援機能＞
図２は、駐車支援機能に関する構成を示すブロック図である。

車両１は、駐車支援機能（自動駐車機能）を有している。駐車支援機能のための機能処理部には、たとえば、周辺物体検知部、駐車エリア検知部、目標駐車位置設定部、自車位置推定部、駐車軌跡演算部、操舵制御部およびドライバ情報提供部が含まれる。これらの機能処理部のうち、ＥＰＳＥＣＵ７は、操舵制御部の機能を担い、ＩＰＡＥＣＵ８は、操舵制御部以外の機能処理部の各機能、つまり周辺物体検知部、駐車エリア検知部、目標駐車位置設定部、自車位置推定部、駐車軌跡演算部およびドライバ情報提供部の各機能を担っている。

周辺物体検知部は、車載カメラにより撮影された情報から、車両１の周辺の物体を検知し、また、その物体の形状および物体までの距離を含む情報（車両１の周辺の情報）を検知する。車載カメラとして、車両１には、車両１の前方を撮影するフロントカメラ、車両１の後方を撮影するバックカメラおよび車両１の左右を撮影するサイドカメラなどが設けられている。

駐車エリア検知部は、周辺物体検知部により生成された周辺情報に基づいて、車両１の周辺で車両１を駐車可能な駐車エリアを複数検知する。

目標駐車位置設定部は、駐車エリア検知部により検知された駐車エリアの中からユーザにより選択された駐車エリアにおける駐車位置の目標を設定する。

自車位置推定部は、たとえば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：全球測位衛星システム）衛星からの測位信号をＧＮＳＳアンテナで受信し、ＧＮＳＳアンテナが受信する測位信号の車速、操舵角度、前後Ｇによる自律航法の算出結果のどちらか、または組合せから車両１の現在位置（自車位置）を推定する。

駐車軌跡演算部は、自車位置推定部により推定された自車位置から目標駐車位置設定部により設定された目標駐車位置までの車両１の目標軌跡を演算し、その目標軌跡に応じたステアリング３の舵角の目標値である指示舵角を設定する。この設定された指示舵角は、ＩＰＡＥＣＵ８からＥＰＳＥＣＵ７に入力される。

操舵制御部は、その指示舵角に基づいて、車両１の操舵を制御する。

ドライバ情報提供部は、車両１の周辺の画像や駐車エリアをディスプレイに表示させる。ディスプレイは、運転者が視認可能な位置に配置されるものであればよく、たとえば、コンビネーションメータに組み込まれたマルチインフォメーションディスプレイである。駐車エリア検知部によって、車両１を駐車可能な駐車エリアが検知されると、ドライバ情報提供部は、その検知された駐車エリアを含む車両１の周辺の画像をディスプレイに表示させる。この画像が表示されているディスプレイ上で、ユーザによる駐車エリアの選択が行われる。

駐車エリアの選択後、ディスプレイ上で駐車支援機能による駐車支援の実行が指示されると、駐車支援動作が開始される。

ＥＰＳＥＣＵ７のマイコン１１は、プログラム処理によってソフトウエア的に実現される機能処理部として、基本アシスト量演算部２１、補償系アシスト量演算部２２、舵角サーボ制御部２３および舵角サーボ停止判定部２４を実質的に有している。

基本アシスト量演算部２１は、トルクセンサ１３により検出される操舵トルク（トルクセンサ１３の検出信号から取得される操舵トルク）および車両１の車速に応じた基本アシスト量を演算する。具体的には、操舵トルクに対する基本アシスト量の特性を定めた基本アシストマップが複数の車速域のそれぞれに対して用意されており、基本アシスト量演算部２１は、車両１の車速に応じた基本アシストマップを選択し、その選択した基本アシストマップに従って、トルクセンサ１３により検出される操舵トルクに応じた基本アシスト量を演算する。車速は、他のＥＣＵからＥＰＳＥＣＵ７に送信されてもよいし、車速に応じた検出信号を出力する車速センサがＥＰＳＥＣＵ７に接続されて、その車速センサの検出信号から取得されてもよい。

補償系アシスト量演算部２２は、トルクセンサ１３により検出される操舵トルク、舵角センサ１４により検出される舵角（舵角センサ１４の検出信号から取得される舵角および電動モータＭの回転数であるモータ回転数を用いて、ステアリング操舵（ハンドル操作）時の手応え感などを付ける補償系アシスト量を演算する。モータ回転数は、電動モータＭの端子間電圧および電動モータＭの巻線に流れる電流値であるモータ電流値から推定される。

舵角サーボ制御部２３は、舵角センサ１４により検出される舵角がＩＰＡＥＣＵ８からＥＰＳＥＣＵ７に入力される指示舵角と一致するように、舵角センサ１４により検出される舵角と指示舵角との偏差に応じた舵角制御量が演算される。

そして、マイコン１１では、基本アシスト量演算部２１により演算される基本アシスト量と補償系アシスト量演算部２２により演算される補償系アシスト量とが加算され、舵角サーボ制御部２３により演算される舵角制御量がさらに加算されて、それらの加算値が電動モータＭに供給される電流の目標値とされ、その電流目標値とモータ電流値との偏差に応じてモータ駆動回路１２に含まれるスイッチング素子のスイッチングが制御される。これにより、モータ駆動回路１２から電動パワーステアリング装置２の電動モータＭに電流目標値に相当する駆動電流が供給される。

なお、ユーザによるハンドル４の操作（ハンドル操作）が行われておらず、トルクセンサ１３により検出される操舵トルクが０であるときには、基本アシスト量演算部２１により演算される基本アシスト量および補償系アシスト量演算部２２により演算される補償系アシスト量がともに０となる。そのため、駐車支援動作中は、基本的には、舵角サーボ制御部２３により演算される舵角制御量が電流目標値とされて、ハンドル４の舵角が指示舵角に一致するように、モータ駆動回路１２から電動モータＭに駆動電流が供給される。

舵角サーボ停止判定部２４は、駐車支援動作が行われている間、駐車支援動作を停止させるか否かを判定する。具体的には、その停止判定には、トルクセンサ１３により検出される操舵トルクが使用される。また、舵角センサ１４により検出される舵角（実舵角）とＩＰＡＥＣＵ８からＥＰＳＥＣＵ７に入力される指示舵角との差分である舵角偏差が求められて、その舵角偏差が停止判定に使用される。停止判定では、図３、図４、図５および図６に示される各条件のいずれかが成立した場合、ユーザの意思による駐車支援の停止のためのハンドル操作が行われたとして、駐車支援動作の停止が判定される。舵角サーボ停止判定部２４により駐車支援動作の停止が判定されると、舵角サーボ制御部２３により演算される舵角制御量が０にされて、駐車支援動作が停止する。

図３に示される条件は、ユーザが駐車支援動作を停止させる意思の下にハンドル４の操作を行ったことにより、操舵トルクが発生した場合に成立する条件であり、たとえば、トルクセンサ１３により検出される操舵トルクが所定のトルク閾値以上である状態が所定の検出時間閾値以上継続するという条件である。この条件では、舵角センサ１４により検出される舵角と指示舵角との差分である舵角偏差の値は問われないが、舵角偏差閾値が０に設定されることにより、舵角偏差が舵角偏差閾値以上であるという条件が常に成立していると考えることもできる。

図４に示される条件は、ユーザが駐車支援動作を停止させる意思の下にハンドル４の操作を行ったことにより、ハンドル４の舵角（回転角）が駐車支援動作によるハンドル４の目標舵角から外れた場合に成立する条件であり、たとえば、舵角センサ１４により検出される舵角と指示舵角との差分である舵角偏差が所定の舵角偏差閾値以上である状態が所定の検出時間閾値（たとえば、図３に示される条件の場合と同じ時間）以上継続するという条件である。この条件では、トルクセンサ１３により検出される操舵トルクの値は問われないが、トルク閾値が０に設定されることにより、操舵トルクがトルク閾値以上であるという条件が常に成立していると考えることもできる。

図５に示される条件は、駐車支援動作によるハンドル４の回転時に、ユーザが駐車支援動作を停止させる意思の下にハンドル４の操作を行ったことにより、ハンドル４が逆方向に回転した場合に成立する条件であり、たとえば、トルクセンサ１３により検出される操舵トルクが所定のトルク閾値以上であり、かつ、舵角センサ１４により検出される舵角と指示舵角との差分である舵角偏差が所定の舵角偏差閾値以上である状態が所定の検出時間閾値以上継続するという条件である。

図６に示される条件は、駐車支援動作によるハンドル４の回転時に、ユーザが駐車支援動作を停止させる意思の下にハンドル４の操作を行ったことにより、ハンドル４の回転が停止した場合に成立する条件であり、たとえば、トルクセンサ１３により検出される操舵トルクが図５に示される条件よりも低いトルク閾値以上であり、かつ、舵角センサ１４により検出される舵角と指示舵角との差分である舵角偏差が図５に示される条件よりも低い舵角偏差閾値以上である状態が図５に示される条件よりも長い検出時間閾値以上継続するという条件である。

なお、図３～図６に示される各条件における検出時間閾値は、可変に設定され、舵角センサ１４により検出される舵角の時間変化率である操舵速度が大きいほど、図３～図６に示される各条件における検出時間閾値が小さい値に設定される。

＜作用効果＞
以上のように、操舵トルクだけではなく、ユーザのハンドル操作により変化するパラメータである舵角偏差に基づいて、操舵支援が停止される。具体的には、操舵トルクおよび舵角偏差がそれぞれトルク閾値および舵角偏差閾値を超えた状態が時間閾値以上継続した場合に、操舵支援が停止される。そのため、操舵支援中に、ユーザによるハンドル操作ではなく、指示舵角に応じた電動モータＭのトルクによりハンドル４が停止状態から動かされる場合や切り返される場合などに、慣性による一時的な操舵トルクが検出されても、操舵支援が停止されることを抑制できる。一方、操舵支援中に、ユーザによるハンドル操作が行われて、操舵トルクおよび舵角偏差が発生した場合には、その操舵トルクと舵角偏差とに基づいて、操舵支援が停止される。

よって、操舵支援がユーザの意思に反して停止されることを抑制できながら、ユーザの意思によるハンドル操作が行われた場合には、そのユーザの意思に応じて操舵支援を停止させることができる。

しかも、駐車支援動作を停止させるか否かの判定に使用される時間閾値は、ユーザのハンドル操作により変化するパラメータである操舵速度に関する値に基づいて設定されるので、操舵トルクおよび舵角偏差がそれぞれトルク閾値および舵角偏差閾値を超えた状態が時間閾値以上継続する状況は、ユーザの意思によるハンドル操作が行われている状況であると推定できる。したがって、当該状況が成立するか否かにより、ユーザが操舵支援を停止させる意思を有しているか否かを精度よく判定できるので、その判定に応じて操舵支援を停止させるか否かが決定されることにより、ユーザの意思に反する操舵支援の停止を一層抑制することができ、ユーザの意思に応じて操舵支援を停止させることができる。

また、その時間閾値は、操舵速度に関する値が大きいほど小さい値に設定される。これにより、たとえば、ユーザが操舵支援により自動的に回転するハンドルに手を軽く触れた場合（図６に示される条件が成立する場合）、操舵速度に関する値の変化が小さいので、その状況が長く続かなければ、操舵支援が停止されない。その結果、ユーザの意思に反して駐車支援が停止されてしまうことをより一層防止できる。一方、ユーザが操舵支援により自動的に回転するハンドルを手で操作して逆方向に回転させた場合（図５に示される条件が成立する場合）、操舵速度に関する値が大きく変化するので、ユーザの意思に応じて操舵支援をすみやかに停止させることができる。

＜変形例＞

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、ハンドル４の慣性モーメントをＪ［Ｎｍ・ｓ^２／ｒａｄ］とすると、操舵トルクＴｒｑ［Ｎｍ］は、

と表されるので、操舵加速度ｄω／ｄｔは、

と表すことができ、操舵速度ωは、

と表すことができるので、駐車支援動作を停止させるか否かの判定に使用される時間閾値ｔは、

に従って設定されてもよい。これにより、駐車支援動作を停止させるか否かの判定におけるロバスト性を向上することができる。また、ハンドル４の舵角をθとした場合、［数４］の式は、

と表すことができる。

また、駐車支援動作を停止させるか否かの誤判定をさらに抑制するため、駐車支援動作を停止させるか否かの判定に使用される時間閾値ｔは、

に従って設定されてもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：車両
３：ステアリング
８：ＥＣＵ（操舵支援装置）
１１：マイコン（操舵支援手段、操舵支援停止手段）
１３：トルクセンサ（トルク検出手段）
１４：舵角センサ（舵角検出手段）
２３：舵角サーボ制御部（操舵支援手段）
２４：舵角サーボ停止判定部（操舵支援停止手段）
Ｍ：電動モータ（モータ）

Claims (2)

1. 車両のステアリングに付与されるトルクを発生するモータと、
   前記ステアリングの操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
   前記ステアリングの舵角を検出する舵角検出手段と、
   指示舵角に応じて前記モータを制御して、前記ステアリングの舵角を前記指示舵角に一致させる操舵支援を行う操舵支援手段と、
   前記トルク検出手段により検出される操舵トルクと、前記指示舵角と前記舵角検出手段により検出された舵角との差分である舵角偏差とに基づいて、前記操舵支援手段による前記操舵支援を停止させる操舵支援停止手段と、を含み、
   前記操舵支援停止手段は、
   前記トルク検出手段により検出される操舵トルクに関するトルク閾値と前記舵角偏差に関する舵角偏差閾値との組合せ、および、当該組合せに対応づけて、前記ステアリングの舵角の時間変化率である操舵速度に関する値に基づく時間閾値を設定し、
   前記トルク検出手段により検出される操舵トルクおよび前記舵角偏差がそれぞれ当該組合せに係る前記トルク閾値および前記舵角偏差閾値以上である状態が、当該組合せに対応する前記時間閾値以上継続した場合、前記操舵支援を停止させる、操舵支援装置。
2. 前記時間閾値は、前記操舵速度に関する値が大きいほど小さい値に設定される、請求項１に記載の操舵支援装置。

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