JP2010149612A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動操舵から手動操舵に切り換えるときに、自然な操舵フィーリングが得られる車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】車両用操舵装置１は、操舵ハンドルの操舵角を検出するステアリングセンサ１１、転舵輪の転舵角を検出する転舵角センサ１２検出手段、車両制御ＥＣＵ６、及び反力発生ＡＣＴ１５を備える。車両制御ＥＣＵ６は、転舵角に対応する対応操舵角、及び操舵角と対応操舵角との偏差を算出し、更に運転者の操作によって操舵角と対応操舵角との偏差が所定値以下になるまで自動操舵から手動操舵への切り換えを抑制する。操舵角と対応操舵角との偏差が所定値に接近するにつれて、反力発生ＡＣＴ１５により発生した反力は重くなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動操舵と手動操舵とを切り換えて実行可能な車両用操舵装置に関するものである。

従来、自動操舵と手動操舵とを切り換えて実行可能な車両用操舵装置として、例えば特開２００４−３４７５１号公報に記載されるように、操舵ハンドルの操舵角と転舵輪の転舵角に対応する対応操舵角とが異なる場合に、対応操舵角に操舵角が一致するように操舵ハンドルを回転させてから自動操舵から手動操舵に切り換えるものが知られている。この装置によれば、操舵ハンドルと転舵輪との位相ずれがなく、手動操舵に切り換え後も操舵ハンドルを操作する上で違和感を感じさせない。
特開２００４−３４７５１号公報

しかしながら、上述の車両用操舵装置にあっては、装置側で操舵角と対応操舵角とを一致させる制御を行って自動操舵から手動操舵に切り換えるため、運転者が手動操舵に備えているかは全く考慮されていない。また、手動操舵に向けて運転者がオーバーライドしている場合、操舵角の回転制御に違和感を感じる。その結果、自動操舵から手動操舵に切り換えるときに自然な操舵フィーリングが得られない問題点があった。

そこで本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、自動操舵から手動操舵に切り換えるときに、自然な操舵フィーリングが得られる車両用操舵装置を提供することを目的とする。

すなわち本発明に係る車両用操舵装置は、自動操舵と手動操舵とを切り換えて実行可能な車両用操舵装置であって、運転者によって入力される操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、転舵輪の転舵角を検出する転舵角検出手段と、転舵角検出手段により検出された転舵角に対応する対応操舵角を算出する対応操舵角算出手段と、操舵角検出手段により検出された操舵角と対応操舵角算出手段により算出された対応操舵角とが異なる場合に、操舵角と対応操舵角との偏差を算出する偏差算出手段と、運転者の操作によって操舵角と対応操舵角との偏差が所定値以下になるまで自動操舵から手動操舵への切り換えを抑制する抑制手段と、を備えて構成されている。

この発明によれば、自動操舵から手動操舵に切り換える場合において、操舵角と対応操舵角との偏差が所定値よりも大きいときは、抑制手段はその切り換えを抑制するので、運転者がその偏差が所定値以下になるまで操舵ハンドルを自然に操作することができる。そして、運転者の操作によって操舵角と対応操舵角との偏差が所定値以下になったときに、自動操舵から手動操舵への切り換えをはじめて実施されるので、運転者を慌てさせたり、違和感を感じさせたりすることがない。その結果、自然な操舵フィーリングが得られる。

本発明に係る車両用操舵装置において、操舵ハンドルを介して運転者に操舵負荷を付与する反力発生アクチュエータを更に備えることが好適である。

この場合にあっては、操舵ハンドルを介して運転者に緩やかに操舵負荷を付与することにより、運転者に与える違和感を低減することができる。

本発明に係る車両用操舵装置において、偏差が所定値に接近するにつれて、反力発生アクチュエータにより発生した反力は重くなるように変化することが好適である。

この場合にあっては、操舵負荷を付与する反力を重くすることにより、運転者に保持させたい操舵角を気づかせることができる。従って、運転者が違和感を感じずに保持する操舵角を容易に把握することができるので、自動操舵から手動操舵への切り替えはより自然に行うことができる。

本発明によれば、自動操舵から手動操舵に切り換えるときに、自然な操舵フィーリングが得られる車両用操舵装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る車両用操舵装置の概略構成図である。車両用操舵装置１は、操舵と転舵とが機械的に分離されたステアバイワイヤ方式の車両に用いられている。この車両用操舵装置１は、自車位置取得部２、法規情報取得部３、走行方法決定部４、バックアップ部５、車両制御ＥＣＵ６及びＨＭＩ（Human Machine Interface）７を備えて構成されている。

自車位置取得部２は、車両の位置を検出するためのＧＰＳ（Global Positioning System）２１及びＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）２２を有する。この自車位置取得部２は、例えばＧＰＳ２１及びＩＭＵ２２により検出された自車位置と、車載マップの情報に基づいて自車がいる場所の座標を取得する。また、自車位置取得部２は、慣性航法装置、レーダ情報及び事前取得した地形データによって自車がいる場所の座標を取得してもよい。自車位置取得部２は、法規情報取得部３、走行方法決定部４及び車両制御ＥＣＵ６にそれぞれ接続され、取得した自車位置のデータをこれらに出力する。

法規情報取得部３は、航法用マップにオーバレイされた車載の法規データベース（法規ＤＢ）３１、外界認識センサ３２及びインフラ通信機３３を備えている。外界認識センサ３２は、例えば路側標識や路上表示等を撮像するカメラである。インフラ通信機３３は、道路インフラと通信することにより自車の走行計画に応じたインフラ情報を取得するものである。

法規情報取得部３は、法規データベース３１の情報、外界認識センサ３２により得られた路側標識、路上表示等の情報、及びインフラ通信機３３により取得されたインフラ情報を統合して、現在位置に適用される交通法規を記号化して、走行方法決定部４及びバックアップ部５にそれぞれ出力する。

なお、それぞれの情報に食い違いが生じた場合、法規情報取得部３は、最低の値を選択する。また、矛盾する法規が検出され車両の走行に支障をきたした場合、法規情報取得部３は、後述の外部通信機５１を通して車両をリモート操作する機能で補完する。

法規情報取得部３は、走行方法決定部４とバックアップ部５にそれぞれ接続され、走行方法決定部４の経路演算部４３、及びバックアップ部５の外部通信機５１に自車の現在遵守すべき法規情報をそれぞれ出力する。

法規情報取得部３は、航法用マップにオーバレイされた車載の法規データベース３１を備えるので、オンボードで法規情報をもつことが可能となる。このため、車両制御量の制限値は変数にすることができ、法規が変更になった場合でも、法規データベース３１のみを更新するだけで、制御プログラムの変更が不要になる。

走行方法決定部４は、走行用マップ４１、外界認識センサ４２、経路演算部４３、及び危険判定部４４を備えている。外界認識センサ４２は、例えばカメラからなり、道路白線位置、先行車、後続車、歩行者及び障害物などを認識する。経路演算部４３は、外界認識センサ４２より得られた道路白線位置、前方車間距離、前方障害物の情報、航法用マップ、及び現在自車のいる位置に適用される法規情報に基づいて、将来の自車の居るべき理想位置または沿うべき理想経路を算出する。

危険判定部４４は、例えば手動運転時に、外界認識センサ４２より得られた道路白線位置、前方車間距離、前方障害物情報、航法用マップ、現在自車の位置、車両状態、及び車両操作量に基づいて、歩行者や他車や構造物等との接触の有無判定を行う。ここで、車両操作量は、操舵角と、アクセル操作量と、ブレーキ操作量とを含む操作量である。

この危険判定部４４は、衝突の可能性が設定した閾値より高くなったときに危険と判断し、自動緊急回避トリガ信号を車両制御ＥＣＵ６に送信し、自動緊急回避動作を起動させる。なお、閾値は、運転者の運転経歴、年齢、運転技量などによって可変してもよい。

バックアップ部５は、外部通信機５１を備えている。このバックアップ部５は、車両システムが自立で対処できなかったとき、又は運転者が運転継続不能に陥ったときに、外部通信機５１を通じて外部機関に通報し救援を求め、リモート操作で退避運転を行うなどの機能を有している。なお、外部機関は、例えば車両の保守会社、公的機関、車両メーカ、ディーラー等を含む。

車両制御ＥＣＵ６は、車両全体の制御を行うものであり、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含むコンピュータを主体として構成されている。この車両制御ＥＣＵ６は、車両の各制御量を演算する車両制御量演算部６１、自動運転と手動運転とを切り換える自動／手動切り換え部６２を備えている。

車両制御ＥＣＵ６には、車両の走行速度を検出する車速センサ８、車両の加速度を検出する加速度センサ９、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ１０、運転者によって入力される操舵ハンドル操舵角を検出するステアリングセンサ（操舵角検出手段）１１、転舵輪の転舵角を検出する転舵角センサ１２、アクセルセンサ１３及びブレーキペダルセンサ１４を備えている。これらのセンサは、検出した各データを車両制御量演算部６１に出力する。

車両制御量演算部６１は、上述のセンサから出力された各データ、自車位置取得部２及び走行方法決定部４から出力された情報等に基づいて、車両の走行を制御するために必要な操舵量、駆動力を演算する。そして、車両制御量演算部６１は、演算した結果を自動／手動切り換え部６２に出力する。

自動／手動切り換え部６２には、反力発生ＡＣＴ（Actuator）１５、ステアリングＡＣＴ１６、アクセルＡＣＴ１７及びブレーキＡＣＴ１８が接続されている。これらのアクチュエータは、自動／手動切り換え部６２からの制御信号に基づいて各動作を実行する。

反力発生ＡＣＴ１５は、操舵ハンドルを介して運転者に操舵負荷を付与するものである。この反力発生ＡＣＴ１５は、既存の車両と同等の路面反力や走行速度に応じた操舵負荷をシミュレーションし、操舵輪と操舵ハンドルとを介して運転者に伝達する。例えば、自動緊急回避終了後に、運転者が操作する操舵ハンドルの位置（すなわち、ステアリングセンサ１１の出力値）が、ステアリングＡＣＴ１６の位置（すなわち、転舵角センサ１２の出力値）と一致したとき、反力を重くすることにより、その操舵角で運転をオーバーライドさせることを促す目安としている。

また、この反力発生ＡＣＴ１５は、後述の操舵角と対応操舵角との差が所定値に接近するにつれて、発生する反力が重くなるように変化させることが好適である。このようにすれば、運転者に保持させたい操舵角を気づかせて、その操舵角で運転をオーバーライドさせることができる。更に、反力発生ＡＣＴ１５は、ステアリングセンサ１１により検出された操舵角が転舵角センサ１２により検出された転舵角のある範囲にさしかかったところで、発生する反力を重くすることで、運転者に保持させたい操舵角を気づかせてもよい。

車両制御ＥＣＵ６は、手動運転時に、運転者の運転操作量を制御量として各種アクチュエータに出力し、また、その操作量及び車両状態量（例えば速度、加速度、ヨーレート等）を走行方法決定部４に出力している。走行方法決定部４は、危険と判断した場合、後述のＨＭＩ７を用いて運転者と搭乗者に回避動作を行うことを告知する。車両制御ＥＣＵ６は、経路演算部４３が算出した理想経路に合わせて各種アクチュエータを制御する。

車両制御ＥＣＵ６は、転舵角に対応する対応操舵角を算出する対応操舵角算出手段と、算出した対応操舵角と操舵角とが異なる場合に両者の偏差を算出する偏差算出手段として機能する。すなわち、車両制御ＥＣＵ６は、転舵角センサ１２により検出された転舵角に基づいてその転舵角に対応する対応操舵角を算出し、算出した対応操舵角と１２とステアリングセンサ１１により検出された操舵角とが異なるか否かを判定する。そして、対応操舵角と操舵角とが異なると判定した場合に、車両制御ＥＣＵ６は両者の偏差を算出する。

更に、車両制御ＥＣＵ６は、自動操舵から手動操舵に切り換える場合において、運転者の操作によって対応操舵角と操舵角との偏差が所定値以下になるまで自動操舵から手動操舵への切り換えを抑制する機能を有する。すなわち、この車両制御ＥＣＵ６は、上述のように算出した操舵角と対応操舵角との偏差と所定値との比較を随時行い、その偏差が所定値以下になるまで自動運転から手動運転への切り替え作業を禁止する。

ＨＭＩ７は、例えばディスプレイやスピーカなどから構成され、手動運転と自動運転の切り換え指示や、手動運転時の自動緊急回避動作の可否選択を行う。また、ＨＭＩ７は、システムの状態を音声、映像等を用いて運転者に知らせる機能を有する。

次に、図２及び図３を参照して本実施形態に係る車両用操舵装置１の制御処理について、自動緊急回避の例を挙げて説明する。この車両用操舵装置１の制御処理は、例えばイグニッションオンされてから所定の周期で繰り返し実行される。なお、運転開始前に自動緊急回避許可を運転者が指示する。

図２は、車両用操舵装置の制御処理の一部を示すフローチャートである。初めに、Ｓ１１の処理では、自動緊急回避許可フラグセットが行われる。Ｓ１１の処理に続くＳ１２の処理では、自車の位置情報の取得が行われる。このとき、手動で運転者が運転行い、車両制御ＥＣＵ６は、自車位置取得部２から自車の位置情報を取得する。

Ｓ１２の処理に続くＳ１３の処理では、ルール、ウエーポイントの取得が行われる。このとき、車両制御ＥＣＵ６は、走行地図を自車両の現在位置で検索し、ルール及びウエーポイントを取得する。Ｓ１３の処理に続くＳ１４の処理では、自車状態量の取得が行われ、経路演算部への送信が実行される。このとき、車両制御ＥＣＵ６は、車速センサ８、加速度センサ９等のセンサにより検出された車両速度、加速度、ヨーレート、転舵角、アクセル、ブレーキ操作量などを取得し、これらのデータを経路演算部４３に送信する。

Ｓ１４の処理に続くＳ１５の処理では、理想経路取得が行われる。このとき、経路演算部４３は、車両制御ＥＣＵ６から送信された各データと、外界認識線センサにより検出された道路白線位置、前方車両との車間距離、前方障害物情報、航法用マップ、自車の現在位置に適用される法規情報に基づいて、自車の理想経路を演算する。

Ｓ１５の処理に続くＳ１６の処理では、自動緊急回避許可フラグをセットするか否かの判定が行われる。自動緊急回避許可フラグをセットしないと判定された場合に、制御処理がＳ１７に進み、自動運転中フラグをセットするか否かの判定が実行される。そして、自動運転中にフラグをセットすると判定された場合に、制御処理が後述のＳ２７に進む。

一方、自動運転中にフラグをセットしないと判定された場合には、制御処理がＳ１８に移行し、運転者の操作量に沿って各種ＡＣＴの制御が行われる。そして、Ｓ１８の処理が終了すると、制御処理がＳ１２に戻る。

Ｓ１６の処理において、自動緊急回避許可フラグをセットすると判定された場合に、制御処理がＳ１９に進み、危険判定フラグをセットするか否かの判定が行われる。危険判定フラグをセットしないと判定された場合に、制御処理がＳ２０に進み、回避中フラグをセットするか否かの処理が実行される。

Ｓ２０の処理において、回避中にフラグをセットしないと判定された場合に、制御処理がＳ１８に戻る。一方、回避中にフラグをセットすると判定された場合に、回避中フラグクリアの処理（Ｓ２１）が実行され、更に道路に沿って操舵を行うようアナウンスが行われる（Ｓ２２）。このとき、経路演算部４３は危険回避動作完了を判定し、危険判定部４４は危険判定を取り下げる。

なお、危険回避動作完了の判定は、例えば車両が回避動作前に走行していた経路の延長線上に戻ったこと、又は危険回避対象物の前で停止を完了したなどに基づいて行なわれる。そして、車両制御ＥＣＵ６は、ＨＭＩ７を介して運転者に危険回避動作が終了したこと、自動運転から手動運転に切り換えるよう告知する。なお、自動運転から手動運転に完全に切り換えるまで現在の道路に沿って自動運転状態が維持される。そして、Ｓ２２の処理が終了すると、制御処理が処理Ｓ２８に進む。

一方、Ｓ１９の処理において、危険判定フラグをセットすると判定された場合に、制御処理がＳ２３に進み、回避中フラグをセットするか否かの判定が行われる。ここで、回避中フラグをセットしないと判定された場合に、制御処理がＳ２４に進み、回避中フラグがセットされる。Ｓ２４の処理に続くＳ２５の処理では、自動運転中フラグがセットされ、Ｓ２５の処理に続くＳ２６の処理では、自動回避起動のアナウンスが行われる。このとき、ＨＭＩ７を用いて運転者等に回避動作を行うことを告知する。

そして、Ｓ２６の処理が終了すると、制御処理が処理Ｓ２７に進み、経路演算部４３が演算した理想経路に沿って各種ＡＣＴの制御が実施され、危険回避動作が行われる。一方、Ｓ２３の処理において、回避中にフラグをセットすると判定された場合に、処理が制御Ｓ２７に進む。そして、Ｓ２７の処理が終了すると、制御処理がＳ１２に戻る。

図３は、図２に続く車両用操舵装置の制御処理を示すフローチャートである。上述の処理Ｓ２２が終了すると、制御処理がＳ２８に進み、運転者の運転継続の可否判定が行われる。ここで、車両制御ＥＣＵ６は、例えば運転者の動きを捉える画像センサや心拍センサなどを用いて、これらのセンサにより検出されたデータに基づいて運転者が運転継続可能か否かを判定する。

運転者が運転継続不可能と判定された場合、制御処理がＳ２９に進み、目的地設定の有無の判定が行われる。このとき、運転者の動きを捉える画像センサや心拍センサなどを用いて運転者が運転継続不可能と判定した場合、あるいは操舵角の変化量や周期等に基づいて運転者が運転操作を始めない場合には、車両制御ＥＣＵ６は、目的地が設定されているか否かを判定する。

そして、目的地の設定がないと判定された場合、車両が路肩に緊急停止の処理が実行される（Ｓ３０）。Ｓ３０の処理に続くＳ３１の処理では、メーデ発信処理が行われる。このとき、目的地が設定されていない場合、車両制御ＥＣＵ６は、現在位置に近い場所へ路肩停車を行い緊急退避する。運転者が気絶や心身膠着状態等を検出できた場合、車両制御ＥＣＵ６は、病院や管理センタ等のしかるべき機関へ自動通報し救援を要請する。そして、Ｓ３１の処理を終えたら、一連の制御処理を終了する。

一方、Ｓ２９の処理において、目的地の設定があると判定された場合に、自動緊急回避許可フラグクリアが行われ（Ｓ３２）、そのまま自動運転が継続される。Ｓ３２の処理を終了すると、制御処理がＳ２７に戻る。

Ｓ２８の処理において、運転者の運転継続が可能と判定された場合に、制御処理がＳ３３に進み、運転者の操舵意思の有無が判定される。運転者の操舵意思がないと判定された場合、処理がＳ３４に進み、タイマフラグをセットするか否かの判定が行われる。ここで、タイマフラグをセットしないと判定された場合、制御処理がＳ３５に移行し、操舵意思判定タイマがスタートする。Ｓ３５の処理に続くＳ３６の処理では、タイマフラグがセットされる。Ｓ３６の処理が終了すると、制御処理がＳ２７に戻る。

Ｓ３４の処理において、タイマフラグをセットすると判定された場合、処理がＳ３７に進み、タイムアウトであるか否かの判定が行われる。タイムアウトでないと判定された場合、制御処理がＳ２７に戻る。一方、タイムアウトであると判定された場合、制御処理がＳ２９に戻る。

Ｓ３３の処理において、運転者の操舵意思があると判定された場合、制御処理がＳ３８に進み、操舵角が転舵角の規定範囲に入った否かの判定が行われる。操舵角が転舵角の規定範囲に入っていないと判断された場合、制御処理がＳ２７に戻る。一方、操舵角が転舵角の規定範囲に入ったと判定された場合、制御処理がＳ３９に進む。

Ｓ３９の処理では、運転者の操舵角の重み付けを増やし、転舵角の重み付けを減らし、平均値を制御舵角とすることが行われる。Ｓ３９の処理に続くＳ４０の処理では、反力発生ＡＣＴ１５出力の増加が行われる。このとき、操舵角が転舵角のある範囲にさしかかったところで、反力発生ＡＣＴ１５により発生した反力を重くし運転者に保持させたい操舵角を気づかせる。操舵角が転舵角近辺で操作されるようになってきたら、操舵角と転舵角の重み付けを徐変しながら平均化してアクチュエータの操作量とする。

Ｓ４０の処理に続くＳ４１の処理では、転舵角の重み付けがゼロになっているか否かの判定が実行される。そして、転舵角の重み付けがゼロでないと判定された場合、制御処理がＳ２７に戻る。一方、転舵角の重み付けがゼロであると判定された場合、制御処理がＳ４２に進み、完全に手動運転に戻ったことをアナウンスにて運転者に告知する。Ｓ４２の処理に続くＳ４３の処理では、自動運転中にフラグクリアが行われる。Ｓ４３の処理を終えると、制御処理がＳ１２に戻る。

本実施形態に係る車両用操舵装置１によれば、自動操舵から手動操舵に切り換える場合において、操舵角と対応操舵角との偏差が所定値よりも大きいときは、車両制御ＥＣＵ６はその切り換えを抑制するので、運転者がその偏差が所定値以下になるまで操舵ハンドルを自然に操作することができる。そして、運転者の操作によって操舵角と対応操舵角との偏差が所定値以下になったときに、自動操舵から手動操舵への切り換えをはじめて実施されるので、運転者を慌てさせたり、違和感を感じさせたりすることがない。その結果、自然な操舵フィーリングが得られる。

また、操舵角と対応操舵角との偏差が所定値に接近するにつれて、反力発生ＡＣＴ１５によって発生した反力は重くなるように変化するので、運転者に保持させたい操舵角を気づかせ、その操舵角で運転をオーバーライドさせることができる。従って、運転者が違和感を感じずに保持する操舵角を容易に把握することができるので、自動操舵から手動操舵への切り替えはより自然に行うことができる。

なお、上述した実施形態は本発明に係る車両用操舵装置の一例を説明したものであり、本発明に係る車両用操舵装置は実施形態に記載したものに限定されるものではない。本発明に係る車両用操舵装置は、各請求項に記載した要旨を変更しないように実施形態に係る車両用操舵装置を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

本発明の実施形態に係る車両用操舵装置の概略構成図である。 車両用操舵装置の制御処理の一部を示すフローチャートである。 図２に続く車両用操舵装置の制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１…車両用操舵装置、６…車両制御ＥＣＵ６、１１…ステアリングセンサ（操舵角検出手段）、１２…転舵角センサ、１５…反力発生ＡＣＴ。

Claims (3)

1. 自動操舵と手動操舵とを切り換えて実行可能な車両用操舵装置であって、
   運転者によって入力される操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   転舵輪の転舵角を検出する転舵角検出手段と、
   前記転舵角検出手段により検出された前記転舵角に対応する対応操舵角を算出する対応操舵角算出手段と、
   前記操舵角検出手段により検出された前記操舵角と前記対応操舵角算出手段により算出された前記対応操舵角とが異なる場合に、前記操舵角と前記対応操舵角との偏差を算出する偏差算出手段と、
   運転者の操作によって前記操舵角と前記対応操舵角との偏差が所定値以下になるまで自動操舵から手動操舵への切り換えを抑制する抑制手段と、
   を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 前記操舵ハンドルを介して運転者に操舵負荷を付与する反力発生アクチュエータを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 前記偏差が前記所定値に接近するにつれて、前記反力発生アクチュエータにより発生した反力は重くなるように変化することを特徴とする請求項２に記載の車両用操舵装置。
   

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