(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵車輪の向きを変化させるステアリング機構と、このステアリング機構に運転者からの操舵力を伝達する操舵力伝達手段と、自車の車速等の走行状態を捕捉する走行状態センサ部と、所定の自動操舵モードが設定されているときには前記走行状態センサ部によって捕捉された自車の走行状態に基づいて目標操舵量を算出する自動操舵制御部と、この自動操舵制御部によって算出された目標操舵量に応じて前記ステアリング機構を駆動するモータとを備えた車両操舵装置において、
前記走行状態センサ部が、前記運転者からの操舵力の大きさを検出するトルクセンサを備え、
前記自動操舵制御部に、前記トルクセンサからの出力が所定のしきい値未満のときには自動操舵モードに設定すると共に当該トルクセンサからの出力が所定のしきい値以上のときにはパワーステアリングモードに設定する切換制御部と、前記走行状態センサ部によって捕捉された車速に応じて前記しきい値を変更するしきい値変更部と、前記切換制御部によってパワーステアリングモードが設定されたときには前記自車の走行状態に応じて前記運転者からの操舵力を加勢又は抑制する目標操舵量を算出するパワーステアリング制御部とを併設し、
前記モータに、前記切換制御部によって設定された各モードに応じて前記自動操舵制御部によって算出された目標操舵量又は前記パワーステアリング制御部によって算出された目標操舵量に基づいて前記モータを駆動制御するモータ駆動制御部を併設したことを特徴とする車両操舵装置。
【請求項２】
前記しきい値変更部は、前記走行状態センサ部によって捕捉された車速に応じ、高速走行中はしきい値を大きくし、低速走行中はしきい値を小さくするように前記しきい値を変更することを特徴とする請求項１記載の車両操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両操舵装置に係り、特に、自動運転機能を有する車両に用いる車両操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動操舵装置は、手動操舵装置に油圧や電動の動力源を取付け、機械によって強制的に動かすものでる。従来の自動操舵の例としては、例えば、特開平７−１５６８１８号公報に記載されたものがある。これは、道路状況を認識して、この道路状況の認識処理により判明した偏向角に基づいて自動操舵を行うものである。
【０００３】
また、運輸省の提唱するＡＳＶ（アドバンスド・セーフティー・ビークル）構想に基づき、自ら危険回避行動をとる乗用車や、高速道路等で一部自動運転する車両の研究開発がなされている。
【０００４】
自動操舵は、このような自動運転車両技術の中の要素であり、自動操舵装置だけでは成立しない。また、自動運転についても、完全自動のものと、半自動（ＡＳＶ）とがあるが、ここでは、自動車に適用することを前提とし、半自動型の自動運転について説明する。
【０００５】
半自動型の自動運転としては、ＣＣＤカメラで撮像した白線や前走車を認識し、この白線や前走車を追従する手法や、また、道路に埋め込まれた磁気テープを非接触式に読み、ステアリング機構を操作するものが提案されている。
【０００６】
さらに、衝突の危険が想定される場合など、緊急時に限って外部センサ群によってステアリング機構を操舵する手法も提案されている。この危険度は、例えば、車間距離測定装置と、自車の車速と、ブレーキの状態とによって危険度を算出し、この危険度に基づいて警報や自動操舵などの処理を行う手法が開発されている。
【０００７】
自動運転を行う制御装置のブロック図を図１２に示す。図１２に示すように、自動運転制御装置は、自車の走行状態を検出する走行状態センサ部７１と、ＧＰＳ信号やＶＩＣＳ，ＦＭ多重放送等の位置情報や道路状況情報を受信するチューナ７２と、車両に装備された各種装備の動作を制御する装備品コントローラ７３と、車体の各部の動作を制御する車体コントローラ７４と、メインコントローラ７５とを備えている。
【０００８】
走行状態センサ部７１は、車両の外部状態を捕捉する外界センサ７６と、車体又は車内の状態を捕捉する車両センサ７７とを備えている。外界センサ７６としては、進行方向又は後方等を撮像するＣＣＤカメラ７６Ａや、前方障害物等との距離を測距するレーザ・レーダ７６Ｂや、走行中の道路との距離等を捕捉する超音波センサ７６Ｃや、三角測量の原理により自車前方等の白線や障害物、また前方走行車両との距離を算出するためのステレオカメラ７６Ｄ等からなる。
【０００９】
また、車両センサ７７は、車速センサや、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサや、スロットル開度を捕捉するスロットル開度センサや、ギヤポジションを捕捉するギヤポジションセンサや、車両の舵角、姿勢（ジャイロ）、車室内温度、水温、油温等を捕捉する各種センサからなる。
【００１０】
装備品コントローラ７３としては、地図情報を表示するディスプレイを制御するモニタ・コントローラ７３Ａや、衝突時にはドアロックを解除する等の駆動制御をアクチュエータにより行うドアロックコントローラ７３Ｂや、後方車を確認したときに自車の存在を示す警報灯を表示する等の制御を行うシグナルランプ・コントローラ７３Ｃや、エアバックを制御するエアバックコントローラ７３Ｄなどがある。
【００１１】
車体コントローラとしては、Ａ／Ｔなどのトランスミッションを制御するトランスミッションコントローラ７４Ａや、ＥＰＩやバルブ制御等を行うエンジンコントローラ７４Ｂや、スロットルを制御するスロットル・コントローラ７４Ｃや、ＡＢＳ等ブレーキを制御するブレーキコントローラ７４Ｄや、さらに、ステアリングを制御するステアリング・コントローラ７４Ｅ等がある。
【００１２】
メインコントローラ７５は、走行状態を検出する各種センサからの出力や、またチューナー７２で受信した各種情報に基づいて、各種の制御間の調整をとる。また、このメインコントローラ７５には、ＣＤ−ＲＯＭ等のデータベース７８が併設されている。
【００１３】
自動運転制御装置は、このような図１２に示す構成により、走行状態を捕捉して、ＧＰＳや他の公共放送、さらに地図データ等のデータベースに基づいて、装備品及び車体を駆動制御するものである。
【００１４】
また、従来より、電動のパワーステアリングが用いられている。パワーステアリング機構は、ステアリングホイールに加えられた操舵力を加勢し、また抑制するものである。操舵アシスト量を電子制御するパワーステアリング装置としては、特開平７−１８６９９２号公報に開示されたものがある。これは、車速と、ハンドル舵角に応じた係数とから目標アシスト量を算出するものである。
【００１５】
図１３は操舵力と舵角線図の概略を示すグラフ図である。パワーステアリング機構の動作中は、ハンドルに加えられた操作量と、操舵に必要な必要量とから、アシスト量を定めている。アシスト量は、舵角に対して図示するような関係を有する。また、図１３中、ｘ［度］の値は、いわゆるすえ切り時のアシスト量である。
【００１６】
また、従来のパワーステアリング機構ではハンドルに加えられた操作量を捕捉するためトルクセンサが設けられている。図１４は、トルクセンサ出力とアシスト量との関係を示すグラフ図である。縦軸は、トルクセンサ出力を示す直線についてはトルクセンサの電圧出力であり、モータ出力を示す点線についてはアシスト量（モータ出力）となる。
【００１７】
従来より、アシスト量については車速によりアシスト量を変化させる制御が行われており、図１４に示す例では、低速走行ですえ切り操舵と判断される状態では、図示するようにアシスト量を増加する。一方、高速走行中では、アシスト量を減らす。このアシスト量算出処理は、予め定められたアシスト量決定用のマップに従って行われる。
【００１８】
また、トルクセンサ出力に対して、不感帯を設け、トルクセンサの電圧出力がしきい値Ａを越えたときに、初めてモータ出力なされるようになっている。
【００１９】
図１５は走行状態の一例を示す説明図である。図１４の不感帯をさらに検討すると、従来のパワーステアリング機構では、不感帯を定めるしきい値Ａに従ってパワステ領域７４ａとノンパワーアシスト領域７４ｂとを切り替える構成を採っていることが判る。
【００２０】
図１６は、図１３及び図１４に従ったパワーステアリング制御の一例を示す説明図である。図示するように、加速中はアシスト量が大きく、一定速度での走行中はアシスト量を小さくしている。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
自動運転を行う従来例では、自動運転可能な乗用車の「自動」と「マニュアル」との切換には、スイッチ等が必要となるが、この場合、「自動」から「マニュアル」へスイッチ等で切り替えるのは、機械誤動作等、緊急時に対応が遅れる可能性があり、また、「マニュアル」から「自動」にスイッチ等で切り替えるのは、そのスイッチ操作自体を運転操舵中に行わなければならないこととなり、望ましくない。
【００２２】
パワーステアリングモードと自動操舵モードとを切り替える従来例としては、特開平７−２０５８３１号公報に開示されたものがある。これは、切換時に所定のタイムラグを設けることで、切換直後にも安定した自動操舵を行うことを図るものである。
【００２３】
また、自動操舵を優先させたい場合もあるが、スイッチでは自動操舵の優先制御を行うことができない。さらに、自動操舵を行うためのモータを、手動操舵時にパワーステアリング機構の駆動用のモータとして用いる提案は知られていない。
【００２４】
【発明の目的】
本発明は、係る従来例の有する不都合を改善し、特に、スイッチによらず運転者の意図を的確に捕捉して自動運転と手動運転とを切り替えることのできる車両操舵装置を提供することを、その目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では、操舵車輪の向きを変化させるステアリング機構と、このステアリング機構に運転者からの操舵力を伝達する操舵力伝達手段と、自車の車速等の走行状態を捕捉する走行状態センサ部と、所定の自動操舵モードが設定されているときには走行状態センサ部によって捕捉された自車の走行状態に基づいて目標操舵量を算出する自動操舵制御部と、この自動操舵制御部によって算出された目標操舵量に応じてステアリング機構を駆動するモータとを備えている。しかも、走行状態センサ部が、運転者からの操舵力の大きさを検出するトルクセンサを備えている。
さらに、自動操舵制御部に、トルクセンサ出力が所定のしきい値未満のときには自動操舵モードに設定すると共に当該トルクセンサからの出力が所定のしきい値以上のときにはパワーステアリングモードに設定する切換制御部と、走行状態センサ部によって捕捉された車速に応じて前記しきい値を変更するしきい値変更部と、前記切換制御部によってパワーステアリングモードが設定されたときには自車の走行状態に応じて運転者からの操舵力を加勢又は抑制する目標操舵量を算出するパワーステアリング制御部とを併設している。
また、モータに、切換制御部によって設定された各モードに応じて自動操舵制御部によって算出された目標操舵量又はパワーステアリング制御部によって算出された目標操舵量に基づいてモータを駆動制御するモータ駆動制御部を併設した、という構成を採っている。
【００２６】
以上の構成により、しきい値変更部は、走行状態センサ部によって捕捉された車速に応じてしきい値を変更する。そして、切換制御部が、トルクセンサ出力が前記しきい値未満のときには自動操舵モードに設定し、自動操舵制御部が、この自動操舵モード中は自車の走行状態に応じて目標操舵量を算出し、一方、切換制御部が、トルクセンサからの出力が前記しきい値以上のときにはパワーステアリングモードに設定し、パワーステアリング制御部が、このパワーステアリングモード中は車速等の自車の走行状態に応じて運転者からの操舵力を加勢又は抑制する目標操舵量を算出するため、運転者からのステアリングホイールへの操舵力に応じて、自動操舵と手動動作を切り替えることとなり、さらに、手動操舵中は自動操舵に用いるモータによりパワーステアリング動作を行う。
【００２７】
また、走行状態センサ部によって捕捉された車速に応じ、高速走行中はしきい値を大きくし、低速走行中はしきい値を小さくするように前記しきい値変更部を構成することで、高速走行中は自動操舵モードとパワーステアリングモードの切換を簡単には行わない制御が実現される。
【００２８】
本発明は、これらの各手段により、前述した目的を達成しようとするものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３０】
図１は、本発明による車両操舵装置の構成を示すブロック図である。車両操舵装置は、操舵車輪の向きを変化させるステアリング機構４と、このステアリング機構に運転者からの操舵力を伝達する操舵力伝達手段６と、自車の車速等の走行状態を捕捉する走行状態センサ部１０と、所定の切換信号に応じて自動操舵モードとされているときに走行状態センサ部１０によって捕捉された自車の走行状態に基づいて目標操舵量を算出する自動操舵制御部１２と、この自動操舵制御部１２によって算出された目標操舵量に応じてステアリング機構４を駆動するモータ２とを備えている。
【００３１】
しかも、走行状態センサ部１０が、運転者からの操舵力の大きさを検出するトルクセンサ１１を備えている。この走行状態センサ部１０は、図１２に示した従来の走行状態センサ部７１と同様のものである。
【００３２】
さらに、自動操舵制御部１２に、トルクセンサ出力が所定のしきい値未満のときには自動操舵制御部１２に切換信号を出力すると共に当該トルクセンサ１１からの出力が所定のしきい値以上のときにはパワーステアリングモードに設定する切換制御部１８と、この切換制御部１８によってパワーステアリングモードが設定されたときには自車の走行状態に応じて運転者からの操舵力を加勢又は抑制する目標操舵量を算出するパワーステアリング制御部１４とを併設している。
【００３３】
また、モータ２に、切換制御部１８に設定された各モードに応じて自動操舵制御部１２によって算出された目標操舵量又はパワーステアリング制御部１４によって算出された目標操舵量に基づいてモータ２を駆動制御するモータ駆動制御部１６を併設した。
【００３４】
さらに、切換制御部１８は、走行状態センサ部１０によって捕捉された車速に応じてしきい値を変更するしきい値変更部２０が併設されている。
【００３５】
これを詳細に説明する。
【００３６】
本実施形態では、モータ２を自動操舵の動力源並びに手動操舵時の補助動力源（パワーアシスト）として兼用している。さらに、電動パワステに取り付けられているトルクセンサを自動操舵モードとパワステモードとの切換用のスイッチとしてしている。これにより、スイッチの切換動作をなくし、操作性を向上させる。
【００３７】
図２（Ａ）は操舵力伝達手段６の構成を示す斜視図であり、図２（Ｂ）はその概略図である。図示するように、操舵力伝達手段６は、ステアリングホイール（ハンドル）６１と、回転軸（ステアリングコラム）６４と、このステアリングホイールに加えられた操舵力を検出するトルクセンサ１１と、ステアリングホイールに加えられた操舵力やモータ２により加えられた駆動力によるステアリングコラムの回転を捕捉する舵角センサ６３とを備えている。この舵角センサ６３は、例えば、ポテンショやロータリーエンコーダにより構成する。
【００３８】
モータは、自動操舵を行うため、従来と比較して大出力化する。このモータの回転力は、ウォームホイールギヤ６５を介して回転軸６４に伝達される。
【００３９】
本実施例では、自動操舵制御部として、ＡＳＶコントローラ１２を採用している。また、パワーステアリング制御部１４、モータ駆動制御部１６と切換制御部１８とは、ステアリングコントローラ２２の機能として実現する。
【００４０】
図３に示すように、ステアリングコントローラ２２に、車速センサ３１と、エンジン回転数センサ３２と、イグニッションスイッチ３３とを接続する。さらに、舵角センサ（ポテンショメータ）６３と、トルクセンサ１１とをステアリングコントローラ２２に接続する。また、上述したモータ２と、このモータ２の駆動制御用の電流センサ６４とが接続されている。
【００４１】
図４は、パワーステアリングモードと自動操舵モードの切換の一例を示す説明図である。切換制御部１８は、所定のしきい値Ａに基づいて、トルクセンサ出力がこのしきい値Ａを越えたときには自動操舵を中止して、マニュアル操作へ切り替える。さらに、マニュアル操作へ切り替えられた場合、パワーステアリング制御部１４は、パワステマップに基づいてトルク出力に応じたアシスト量（目標操舵量）を算出する。すると、モータ駆動制御部１６はこの目標操舵量に基づいて、ハンドル６１に加えられた操舵力を加勢し、又は抑制する制御を行う。
【００４２】
さらに、本実施例では、このしきい値Ａを可変としている。しきい値変更部２０は、まず、走行状態センサ部１０から出力される車速に応じてしきい値を変化させる。具体的には、高速走行中はしきい値を大きくし、低速走行中はしきい値を小さくする。これは、高速走行中は自動操舵モードとパワーステアリングモードの切換を簡単には行わない制御となる。
【００４３】
さらに、自動操舵制御部１２によって危険度が大きいと判定されたときにも、自動操舵モードからパワーステアリングモードへの切換を行うしきい値Ａの値を大きくする。これにより、危険度の高いときには自動操舵を優先する制御を行う。
【００４４】
このしきい値Ａの設定制御を図５乃至図８を参照して説明する。
【００４５】
図５は車速１０［ｋｍ／ｈ］以下で、危険データがない場合のトルクセンサ出力とモータ出力の関係を示す説明図である。この図５に示す状態でのしきい値をＡ１とする。ここでは、停車時又は車庫入れ時と考えられるため、すえ切り用の操舵と判定しアシスト量（モータ出力）を大きくしている。
【００４６】
図６は車速５０［ｋｍ／ｈ］以下で、危険データがない場合を示す説明図である。この図６に示す状態では、しきい値Ａ１をシフトさせてＡ２とする。図６に示すように、自動操舵モードにおいてトルク出力が増加しているときには、しきい値Ａ１ではなく、しきい値Ａ２を越えたときにパワーステアリングモードに切り替える。このため、ハンドルに加えられた小さい力で自動操舵とマニュアル操舵とを切り替えることなく、ドライバーがより明確にハンドル操作を行うと判断できるトルク出力で切り替える制御となる。
【００４７】
図７は図６に示した状態でさらに危険データがある場合を示す説明図である。この図７に示す状態では、自動操舵領域１２ａをさらに広げ、しきい値をＡ３に変更する。このため、障害物を認識したときなど危険度が一定値以上の場合には、このしきい値を変更することで、能動的な危険回避動作（自動操舵）を行うことができる。また、危険データがある場合には自動操舵を優先すると共に、運転者から強い力での操舵力が加わった場合にはその操舵により操舵車輪の向きを変更することを可能とする。
【００４８】
図８は高速走行時の場合を示す説明図で、車速８０［ｋｍ／ｈ］以上で、危険データがない場合を示している。図示する例では、しきい値をさらに上げてＡ4とし、高速走行時には簡単に自動操舵モードとパワーステアリングモードとを切り替えないようにしている。
【００４９】
図９は図１及び図３に示した構成によるモータ駆動制御タイミングを示すタイムチャートである。また、図１０はモータ２の駆動制御処理の一例を示すフローチャートである。
【００５０】
メインスイッチがＯＮとされ（ステップＳ１）、まず、走行状態センサ部１０が捕捉している各種センサデータを取り込む（ステップＳ２）。例えば、車速、舵角、トルクセンサ値などであり、これらの値により、自動操舵制御部１２は自動操舵用データを生成すると共に、車間距離データ、危険データを生成する。
【００５１】
次いで、異常の有無を確認し（ステップＳ３）、異常がある場合には警告を発してモータクラッチ６２をＯＦＦにする（ステップＳ４）。
【００５２】
異常がない場合には、車速など各種データの値からしきい値Ａを決定し（ステップＳ５）、さらに、このしきい値Ａとトルク値とを比較する（ステップＳ６）。しきい値Ａの決定は、図５乃至図８に示したように、まず車速により決定し、さらにこれを危険データに応じて調整することにより行う。
【００５３】
この比較結果から自動操舵又はパワーステアリングかが定まり（ステップＳ７，Ｓ８）、自動操舵制御部１２又はパワーステアリング制御部１４からの目標操舵量を算出する。次いで、モータ駆動制御部（モータドライバ）１６は、モータ２を駆動する。
【００５４】
図９に示す制御サイクルは１［ｍｓｅｃ］以下とするが、走行状態によって可変である。
【００５５】
図１１は図１０に示した駆動制御による走行例を示す説明図である。
【００５６】
エンジンを始動し、運転者による操舵力が検出されない場合には、自動操舵を適用し、自動操舵制御部１２の指令に基づいて動作する。車速などが検出されると、各種センサ１０のデータから自動操舵制御部１２は必要操舵角度を判断し、モータ駆動制御部１６へ目標操舵量を与える。
【００５７】
トルクセンサ６３より、ハンドル（ステアリングホイール）の操舵力が検出されると、切換制御部１８は、パワステ動作に切り替える。
【００５８】
また、しきい値変更部２０は、車速や危険度に応じて、トルクセンサ出力による切換制御のしきい値Ａを設定する。このため、トルクセンサ出力が、走行状態に応じて設定されたしきい値以下の場合には、自動操舵を継続する。
【００５９】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成され機能するので、これによると、トルクセンサが、運転者からの操舵力の大きさを検出し、切換制御部が、トルクセンサ出力が所定のしきい値未満のときには自動操舵モードに設定し、自動操舵制御部が、この自動操舵モード中は自車の走行状態に応じて目標操舵量を算出するため、ハンドルに加えられた操舵力を的確に検出することができ、また、直線走行が継続するなどステアリングホイールに操舵力が加わらない場合には手動操舵から自動操舵に切り替えることができ、さらに、切換制御部が、トルクセンサからの出力が所定のしきい値以上のときにはパワーステアリングモードに設定するため、自動操舵中に運転者がハンドルを操作したときには、この操舵力が一定値以上のときには自動操舵を停止して手動操舵に切り替えることができる。さらに、、パワーステアリング制御部が、パワーステアリングモード中は車速等の自車の走行状態に応じて運転者からの操舵力を加勢又は抑制する目標操舵量を算出するため、モータ駆動制御部は、自動操舵用のモータを手動操舵時にはパワーステアリング動作に用いることができ、このため、操作性が向上する。このように、切換制御部が、トルクセンサ出力としきい値変更部により設定されたしきい値との比較により自動操舵と手動操舵とを切り替えるため、スイッチによらず運転者の意図を的確に捕捉して自動運転と手動運転とを切り替えることのできる従来にない優れた車両操舵装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した操舵力伝達手段の構成を示す説明図であり、図２（Ａ）は外観構成を示す図で、図２（Ｂ）はその概略図である。
【図３】図１に示した車両操舵装置の制御系のハードウエア資源の構成を示すブロック図である。
【図４】図１に示した切換制御部による自動操舵モードとパワーステアリングモードとの切換の一例を示す説明図である。
【図５】低速時のしきい値Ａ１によるトルクセンサ出力とモータ出力の関係を示すグラフ図である。
【図６】中速時のしきい値Ａ２によるトルクセンサ出力とモータ出力の関係を示すグラフ図である。
【図７】中速時でかつ危険データがある場合のしきい値Ａ３によるトルクセンサ出力とモータ出力の関係を示すグラフ図である。
【図８】高速時のしきい値Ａ４によるトルクセンサ出力とモータ出力の関係を示すグラフ図である。
【図９】図１に示した構成でのモータ駆動制御のタイミングを示すタイムチャートである。
【図１０】図１に示した構成でのモータ駆動制御の処理工程を示すフローチャートである。
【図１１】図１０に示したフローチャートによる車両走行の一例を示す説明図である。
【図１２】従来の自動運転装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】従来のパワーステアリング機構のアシスト量を示すグラフ図である。
【図１４】従来のパワーステアリング機構の車速に応じたモータ出力を示す説明図である。
【図１５】従来のパワーステアリング機構の不感帯を示す説明図である。
【図１６】従来のパワーステアリング機構の動作例を示す説明図である。
【符号の説明】
２  モータ
４  ステアリング機構
６  操舵力伝達手段
１０  走行状態センサ部
１２  自動操舵制御部
１４  パワーステアリング制御部
１６  モータ駆動制御部
１８  切換制御部
２０  しきい値変更部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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