(57)【要約】【課題】運転者による操舵介入を正確に検出することが可能で、かつ、自動操舵から手動操舵へのスムースな移行を可能とした自動操舵装置を提供する。【解決手段】操舵トルク設定手段１１は、トルクセンサ１４で検出した運転者の操舵トルクに応じたアシストトルクと、自動操舵ＥＣＵで設定した自動操舵トルクを加算して設定した操舵トルクを電動モータ１６によってステアリングシャフト２４に付与するものであり、運転者の操舵トルク入力に対するアシストトルクのゲインを自動操舵時には手動操舵時より低く設定し、トルクセンサ１４の出力から運転者の操舵介入が検出された場合には、アシストトルクのゲインを漸次増大させ、自動操舵トルク入力に対応する自動操舵トルクのゲインを漸次減少させて手動操舵に切り替える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動操舵とアシストトルクを付加した手動操舵の両方が実行可能な自動操舵装置において、
運転者の操舵トルク入力を検出する操舵トルク検出手段と、
操舵機構に設定操舵トルクを付与する操舵トルク付与手段と、
前記操舵トルク付与手段で付与する操舵トルク量を設定する手段であって、操舵検出手段で検出された操舵トルク入力に応じたアシストトルクと、外部からの自動操舵トルク入力に応じた自動操舵トルクを算出して、両者を加算することにより前記設定操舵トルクを設定する操舵トルク設定手段を備えており、
前記操舵トルク設定手段は、運転者の操舵トルク入力に対するアシストトルクのゲインを自動操舵時には手動操舵時より低く設定し、自動操舵時に前記操舵検出手段によって運転者の操舵介入が検出された場合には、前記アシストトルクのゲインを漸次増大させ、自動操舵トルク入力に対応する自動操舵トルクのゲインを漸次減少させて手動操舵に切り替えることを特徴とする自動操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転者のステアリング操作によらず車両を自動的に駐車する場合などに適用される自動操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
駐車支援や自動走行装置に適用される技術として運転者の操舵によらずに舵角を制御する自動操舵装置がある。こうした自動操舵装置では、運転者が操舵を行った場合には、手動操舵への切り替えを行うのが一般的であり、こうした切り替えについて特許文献１や特許文献２に記載がある。。
【０００３】
特許文献１の技術では、自動操舵トルクとパワーステアリングのアシストトルクとを同時に発生させることにより、自動操舵中における運転者によるステアリング操作入力を容易にするものである。すなわち、パワーステアリングのアシストトルクによって、自動操舵トルクにうち勝つための操舵トルクを小さくし、運転者が自動操舵中にステアリング操作を行おうとするときに、その負担を軽減すると記載されている。また、自動操舵トルクにうち勝つための操舵トルクが小さいため、操舵反力の変化が従来に比べて少なくてすみ、なめらかな切り換えを行うことができるとも記載されている。
【０００４】
特許文献２には、ステアリング操作があったときに自動操舵から手動操舵へ切り換える技術が開示されており、操舵トルクセンサで検出された操舵トルク検出値に基づいてステアリング操作の有無を認識すると記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平４−２０５５０５号公報（第３〜４頁、第１図）
【０００６】
【特許文献２】
特開平１１−１９８８３９号公報（段落００２７〜００３３、図４〜図７）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
自動操舵トルクとパワーステアリングのアシストトルクとを同時に発生させることができるこの特許文献１の自動操舵装置の場合、自動操舵中であっても運転者は小さい操舵トルクで自動操舵に逆らってステアリング操作を行うことができるという利点を有するが、運転者による操舵トルクが大きくならないため、操舵トルク検出値からステアリング操作の有無を検出することが難しい。小さな操舵トルクでもステアリング操作を認識するためには、操舵トルク検出値のしきい値を低くする必要があるが、その場合には、運転者のステアリング操作に基づく操舵トルクとステアリングホイール自身の慣性トルクのようなノイズとの識別が難しくなり、正確にステアリング操作入力を検出できない。
【０００８】
そこで本発明は、運転者による操舵介入を正確に検出することが可能で、かつ、自動操舵から手動操舵へのスムースな移行を可能とした自動操舵装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る自動操舵装置は、自動操舵とアシストトルクを付加した手動操舵の両方が実行可能な自動操舵装置において、運転者の操舵トルク入力を検出する操舵検出手段と、操舵機構に設定操舵トルクを付与する操舵トルク付与手段と、この操舵トルク付与手段で付与する操舵トルク量を設定する制御手段であって、操舵検出手段で検出された操舵トルク入力に応じたアシストトルクと、外部からの自動操舵トルク入力に応じた自動操舵トルクを算出して、両者を加算することにより設定操舵トルクを設定する操舵トルク設定手段を備えており、この操舵トルク設定手段は、さらに運転者の操舵トルク入力に対するアシストトルクのゲインを自動操舵時には手動操舵時より低く設定し、自動操舵時に操舵検出手段によって運転者の操舵介入が検出された場合には、このアシストトルクのゲインを漸次増大させ、自動操舵トルク入力に対応する自動操舵トルクのゲインを漸次減少させて手動操舵に切り替えることを特徴とする。
【００１０】
自動操舵中は、手動操舵中に比べてアシストトルクゲインを小さくすることで、自動操舵中のステアリング操作に伴う操舵トルクを、ある程度大きくすることができ、ステアリング操作入力を検出するための操舵トルクしきい値を比較的大きな値に設定しても検出が容易になり、ステアリングホイールの慣性トルクとの区別が容易となる。したがって、操舵トルク検出値に基づいてステアリング操作の有無を誤り無く認識することができ、その認識結果に基づいて手動操舵への切り換えを正確に行うことができる。さらに、操舵介入により、アシストトルクゲインを漸次増大させる一方、自動操舵の操舵トルクゲインを漸次減少させることによって、操舵トルクが不連続に変化するのを抑制し、切り替え時に生ずる反力の発生を抑制するため、自動操舵から手動操作への移行をスムースなものとすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態である自動操舵装置およびこれに適用される操舵機構（ステアリング機構）を示す図である。この自動操舵装置は、自動操舵ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１０と、ＥＭＰＳ（電動式パワーステアリング＝Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍｏｔｏｒ−ｄｒｉｖｅｎ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）・ＥＣＵ１２と、操舵トルクセンサ１４と、電動モータ１６およびギア１８ａ、１８ｂの組合せによるＥＭＰＳアクチュエータ２０とを備えている。
【００１３】
自動操舵ＥＣＵ１０とＥＭＰＳ・ＥＣＵ１２は、この自動操舵装置の操舵トルク設定手段１１を構成している。操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）１４は、ステアリングホイール２２に直結されたステアリングシャフト２４上に配設されており、ステアリングホイール２２から操舵軸２４に与えられる操舵トルク量および方向を検出する。ギア１８ａはステアリングシャフト２４に固定され、電動モータ（操舵トルク付与手段）１６の軸に固定されたギア１８ｂと噛み合わされている。
【００１４】
ステアリングシャフト２４は、自在継手２６によって所定箇所で継ぎ合わされ、ステアリングシャフト２４の先端部が、ラックアンドピニオン式ステアリングギアボックスなどのギアボックス２８によって図示していない操舵輪に接続されたサイドロッド３０へと接続されている。
【００１５】
操舵トルク設定手段１１は、アクチュエータ２０で付与すべきトルク量を演算して、操舵軸２４に与えるトルクが演算したトルク量となるようにアクチュエータ２０の作動を制御する。
【００１６】
続いて、本実施形態の動作を図２、図３に示すフローチャートを参照して説明する。図２は、操舵トルク付与処理を示すフローチャートであり、図３は、本実施形態の操舵制御動作のメインフローチャートである。図２の操舵トルク付与処理は図３の処理中から呼び出されるとともに、手動操舵時の操舵アシスト制御としても実行される。
【００１７】
図２の処理から先に説明すると、まず、自動操舵ＥＣＵ１０で自動操舵トルク量Ｔａｕｔｏを、ＥＭＰＳ・ＥＣＵ１２で手動操舵時に対応する目標アシストトルク量Ｔａｓｓｔをそれぞれ設定する（ステップＳ１）。この目標アシストトルク量Ｔａｓｓｔは、操舵トルクセンサ１４で検出された操舵トルク入力Ｔｍａｎに狭義のアシストトルクゲインＫａｓｓｔ０を乗じることにより得られる。すなわち、Ｔａｓｓｔ＝Ｋａｓｓｔ０×Ｔｍａｎとなる。この狭義のアシストトルクゲインＫａｓｓｔ０は、例えば１５に設定されている。
【００１８】
次に、ＥＭＰＳ・ＥＣＵ１２は、アクチュエータ２０により、ステアリングシャフト２４に付与すべき操舵トルク量（以下、目標アクチュエータトルク量と呼ぶ。）Ｔｔを求める（ステップＳ２）。Ｔｔは、目標アシストトルク量Ｔａｓｓｔと自動操舵トルク量Ｔａｕｔｏにそれぞれ係数Ｋａｓｓｔ、Ｋａｕｔｏを乗じて和をとったものである。そして、求めた目標アクチュエータトルク量Ｔｔと一致するトルク量が得られるようアクチュエータ２０を制御する（ステップＳ３）。
【００１９】
手動操舵時すなわち非自動操舵時には、自動操舵トルク量Ｔａｕｔｏが０となるので、Ｔｔ＝Ｋａｓｓｔ×Ｔａｓｓｔとなる。このとき、後述するようにＫａｓｓｔは１に設定されるため、Ｔｔ＝Ｔａｓｓｔとなる。したがって、ＥＭＰＳ・ＥＣＵ１２は、非自動操舵時にあっては、操舵トルクセンサ１４で検出された操舵トルク入力Ｔｍａｎに基づいて目標アシストトルク量Ｔａｓｓｔを決定し、目標アシストトルク量Ｔａｓｓｔと一致するアシストトルクＴｔを発生するようにアクチュエータ２０を制御することになる。
【００２０】
自動操舵時には、ＥＭＰＳ・ＥＣＵ１２において、自動操舵ＥＣＵ１０で決定された自動操舵トルク入力Ｔａｕｔｏに係数Ｋａｕｔｏ（自動操舵トルク入力に対する自動操舵トルクのゲインと称する。）を乗じたものに、目標アシストトルク量Ｔａｓｓｔに係数Ｋａｓｓｔを乗じたものを加えて目標アクチュエータトルク量Ｔｔとし、ＥＭＰＳ・ＥＣＵ１２はさらにアクチュエータ２０が目標アクチュエータトルク量Ｔｔと一致したトルクを発生するように制御する。以下、単にアシストトルクゲインと呼ぶときは、Ｋａｓｓｔ×Ｋａｓｓｔ０を指すものとする（Ｋａｓｓｔ０と区別するときには、広義のアシストトルクゲインと呼ぶ。）。
【００２１】
自動操舵中は、運転者によるステアリング操作が加えられなければ、自動操舵開始と終了のとき以外は操舵トルクセンサ１４で検出された操舵トルク量Ｔｍａｎが０であり、係数Ｋａｕｔｏは後述するように１に設定されているため、目標アクチュエータトルク量Ｔｔ＝自動操舵トルク入力Ｔａｕｔｏとなる。
【００２２】
次に自動操舵時の処理の詳細について、図３を参照して説明する。この処理は、自動操舵の開始時に実行が開始され、終了することで自動操舵が解除される。
【００２３】
まず、各種の係数とフラグの設定を自動操舵辞の初期値に設定する（ステップＳ２１）。具体的には、係数Ｋａｕｔｏを１に、係数Ｋａｓｓｔをαに、移行制御フラグＳＦｌａｇを移行中ではないことを示す０に、終了フラグＸＦｌａｇを終了状態でないことを示す０にそれぞれ設定する。ここで、αは１より小さい正の数であり、例えば、０．２に設定される。これにより、自動操舵状態では、広義のアシストトルクゲイン（Ｋａｓｓｔ×Ｋａｓｓｔ０）は、手動操舵時のそれよりα倍小さい数値をとることになる。
【００２４】
次に、操舵トルクセンサ１４で検出した操舵トルク入力Ｔｍａｎを読み込む（ステップＳ２２）。そして、読み込んだ操舵トルク入力Ｔｍａｎと、その時間変化を基にして運転者による操舵介入の有無を判定する（ステップＳ２３）。この操舵介入の有無の判断は、操舵トルク検出値Ｔｍａｎがしきい値Ｔｈを超えている時間が所定継続時間Ｓを超えたか否かにより行う。操舵トルク検出値のしきい値Ｔｈと所定継続時間Ｓの設定は、一通りでもよいし、複数の組み合わせを用意してもよい。
【００２５】
例として、操舵トルク入力のしきい値Ｔｈと所定継続時間Ｓの設定に関する複数の組み合わせを示す。たとえば、しきい値ＴｈとしてＴｈ１、Ｔｈ２、Ｔｈ３（Ｔｈ１＜Ｔｈ２＜Ｔｈ３）の３種類を用意し、所定継続時間ＳとしてＳ１、Ｓ２、Ｓ３（Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３）の３種類を用意し、１）操舵トルク入力がＴｈ１以上でＳ１以上継続したとき、２）操舵トルク入力がＴｈ２以上でＳ２以上継続したとき、３）操舵トルク入力がＴｈ３以上でＳ３以上継続したとき、のいずれかの条件を満たしたときに操舵介入があったと判定することとする。
【００２６】
操舵介入の判定基準をこのように設定すると、運転者が大きな操舵トルクを与えると短時間で自動操舵を中止することができ、小さな操舵トルクを与えたときにはある程度長い余裕時間を経過した後に自動操舵を中止することができる。このため、単に運転者がステアリングに手を添えていたにすぎないような場合（このような場合には、小さな操舵トルクが比較的長い時間検出される。）に、操舵介入と誤判定することがなく、操舵介入の正確な検出が可能となる。
【００２７】
なお、自動操舵開始と終了時のように、操舵トルクを急変させるような場合には、ステアリングホイール２２の自重によって自動操舵の力方向と逆方向に瞬間的に慣性トルクが発生する。そのため、この慣性トルクが操舵トルクセンサ１４において操舵トルクのノイズとして検出されてしまう可能性がある。しかし、所定継続時間Ｓとしてこのような慣性トルクの継続時間より十分に長い時間をとることで誤判定を予防することができる。
【００２８】
ステップＳ２４では、判定結果を調べる。介入ありと判定された場合のみステップＳ２６へと移行する前にステップＳ２５を経由し、移行制御フラグＳＦｌａｇに自動操舵から手動操舵に移行する移行制御中であることを示す１をセットする。これにより、自動操舵制御から移行制御へと移る。
【００２９】
ステップＳ２６では、この移行制御フラグＳＦｌａｇの値を調べる。ＳＦｌａｇが１の場合、つまり、移行制御中である場合には、ステップＳ２７へと移行して、Ｋａｕｔｏの値を前回のタイムステップより所定値Ｋ１だけ減少させ、一方、Ｋａｓｓｔの値を前回のタイムステップより所定値Ｋ２だけ増加させる。ここで、Ｋ１、Ｋ２は、ともに１よりはるかに小さい数値である。次に、この演算によりＫａｕｔｏが０を下回ったときは０に、Ｋａｓｓｔが１を上回ったときには１に再設定する処理を行う（ステップＳ２８）。これにより、Ｋａｕｔｏを１から０まで所定の傾きで漸次減少させるととともに、Ｋａｓｓｔをαから１まで所定の傾きで漸次増加させる処理を行う（図４参照）。Ｋａｕｔｏが１から０に到達するまでの時間と、Ｋａｓｓｔがαから１に到達するまでの時間は同一でもよいし、一方が他方より長くてもよい。
【００３０】
次に、Ｋａｕｔｏが０に到達し、かつ、Ｋａｓｓｔが１に到達したか否かを判定する。ともに条件を満たしている場合のみステップＳ３０を経由して移行制御フラグＳＦｌａｇに移行中ではないことを示す０を設定し、終了フラグＸＦｌａｇに終了状態を示す１を設定することで、移行制御を終了する。その後、ステップＳ３１に移行して先に説明した操舵トルク付与処理を行い、ステップＳ２２へと戻る。
【００３１】
ステップＳ２６で移行制御中でないと判定された場合には、ステップＳ３２へと移行して終了制御フラグＸＦｌａｇの値をチェックする。ＸＦｌａｇが０でない、つまり、終了状態でないと判定された場合には、ステップＳ３１へと移行する。一方、ＸＦｌａｇが１、つまり、終了状態と判定された場合には、本制御処理を終了し、手動操舵へと移行する。
【００３２】
これにより、操舵介入があった場合には、図４に示されるように自動操舵トルク量の係数Ｋａｕｔｏを所定の移行時間ｔ１（ここでは、１／Ｋ１タイムステップ）かけて１から０に漸次減少させるとともに、アシストトルク量の係数Ｋａｓｓｔう所定の移行時間ｔ２（ここでは、１／Ｋ２タイムステップ）かけてαから１に漸次増加させる移行制御を行ってから手動制御へと移行する。これにより、自動制御を解除する際に制御トルク量（目標アクチュエータトルク量Ｔｔ）の急変を抑制するので、この急変に伴う反力の発生も抑制することができ、運転者が操舵介入時に操舵の際に感ずる違和感を減少させ、ドライバビリティーを向上させる効果が得られる。また、操舵介入時にアシストトルクゲインが０ではないα×Ｋａｓｓｔ０に設定されているため、ステアリング操作の検出が容易になる。
【００３３】
以上の説明では、Ｋａｓｓｔ、Ｋａｕｔｏを線型的に増加あるいは減少させる例を説明したが、図５に破線で示すように、移行時間の初期の変化量を大きくしたり、一点鎖線で示すように初期は変化量を小さく、後期の変化量を大きく設定したり、太線で示すように中間期の変化量を大きく、初期と後期の変化量を小さく設定してもよい。また、Ｋａｓｓｔ、Ｋａｕｔｏの変化の仕方を同一ではなく、異なる組み合わせを用いることもできる。これらの移行期におけるＫａｓｓｔ、Ｋａｕｔｏの変化の仕方は、求める車両特性や操舵系の構造等によって設定される。
【００３４】
ここでは、手動操舵時のアシストトルクゲインに係数をかけてアシストトルクを設定する例を説明したが、係数Ｋａｓｓｔを用いず、狭義のアシストトルクゲイン自体を変化させてもよい。その変化の仕方は上記の係数Ｋａｓｓｔの変化と同様になる。
【００３５】
なお、本実施形態では、アクチュエータ２０は単一としている。しかし、自動操舵用のアクチュエータとパワーアシスト用のアクチュエータを別々に備え、それぞれを個別に制御してもよい。だだし、本実施形態のように、一つの電動モータでアクチュエータを構成すれば、操舵機構の簡素化を図ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、自動操舵中のアシストトルクゲインを手動操舵中に比べて小さくすることで、自動操舵中のステアリング操作に伴う操舵トルクを、ある程度大きくして操舵介入の検出を容易にしている。また、操舵介入により、アシストトルクゲインを漸次増大させる一方、自動操舵の操舵トルクゲインを漸次減少させることによって、操舵トルクが不連続に変化するのを抑制し、切り替え時に生ずる反力の発生を抑制するため、自動操舵から手動操作への移行をスムースなものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である自動操舵装置およびこれに適用される操舵機構（ステアリング機構）を示す図である。
【図２】図１の装置の操舵制御動作のメインフローチャートである。
【図３】図２中の操舵トルク付与処理を示すフローチャートである。
【図４】自動操舵トルクのゲインとアシストトルクのゲインの時間変化を示すグラフである。
【図５】図４のゲイン変化の変形例を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…自動操舵ＥＣＵ、１１…操舵トルク設定手段、１２…ＥＭＰＳ・ＥＣＵ、１４…操舵トルクセンサ（操舵検出手段）、１６…電動モータ（操舵トルク付与手段）、１８ａ、１８ｂ…ギア、２０…アクチュエータ。
【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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