JP2018103713A - 車両走行制御装置及び自動運転制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の自動運転において、ドライバにハンドルを把持させ易くする。【解決手段】車両走行制御装置は、ＥＰＳ装置と、ＶＧＲＳ装置と、自動運転制御を行う制御装置と、を備える。自動運転制御は、（１）車輪の目標舵角を算出する目標舵角算出処理と、（２）車輪の舵角が目標舵角となるように、ＥＰＳ装置を作動させて車輪を転舵する転舵制御と、（３）目標舵角に基づいて、転舵制御に起因するハンドル角の変化を抑える方向にＶＧＲＳ装置を作動させるハンドル角制御と、を含む。【選択図】図７

Description

本発明は、電動パワーステアリング（EPS: Electric Power Steering）装置を用いた自動運転制御技術に関する。

特許文献１は、自動操舵機能を備える車両用の操舵システムを開示している。その操舵システムは、ＥＰＳ装置を備えている。ドライバが操舵を行う通常操舵時、操舵システムは、当該操舵をアシストするアシストトルクを生成するようＥＰＳ装置を制御する。一方、自動操舵時、操舵システムは、ＥＰＳ装置を用いて、車輪の舵角が目標舵角となるように舵角制御を行う。

特許文献２は、車両の操舵支援装置を開示している。ドライバが操舵の意思を有しているとき、操舵支援装置は、車両安定化制御を行う。一方、ドライバが操舵の意思を有していないとき、操舵支援装置は、レーンキープ制御を行う。このレーンキープ制御において、操舵支援装置は、ＥＰＳ装置を用いることにより舵角制御を行う。

特開２００８−１８９０５８号公報 特開２００２−４６６４０号公報

車両の自動運転において、ＥＰＳ装置を用いて自動操舵を行うことを考える。ＥＰＳ装置が車輪を急に転舵すると、それに連動して、車輪につながっているハンドルも急に回転する。例えば、車両の前方の障害物を緊急回避するために自動操舵が急に行われると、それに連動してハンドルも急に回転する。このようなハンドルの急な動きは、ドライバがハンドルを把持することを困難にする。例えば、自動運転中にドライバがハンドルを把持することがオーバーライドの条件である場合、ハンドルの急な動きは、ドライバによるオーバーライドを困難にする。

本発明の１つの目的は、車両の自動運転において、ドライバにハンドルを把持させ易くすることができる技術を提供することにある。

第１の発明は、車両走行制御装置を提供する。
車両走行制御装置は、
車両の車輪を転舵する電動パワーステアリング装置と、
ハンドル角と車輪の舵角との比を変更可能な可変ギア比ステアリング装置と、
車両の自動運転を制御する自動運転制御を行う制御装置と
を備える。
自動運転制御は、
車輪の目標舵角を算出する目標舵角算出処理と、
車輪の舵角が目標舵角となるように、電動パワーステアリング装置を作動させて車輪を転舵する転舵制御と、
目標舵角に基づいて、転舵制御に起因するハンドル角の変化を抑える方向に可変ギア比ステアリング装置を作動させるハンドル角制御と
を含む。

第２の発明は、第１の発明において、次の特徴を有する。
目標舵角算出処理は、
自動運転における自動操舵に要求される自動運転舵角を算出する第１処理と、
車両安定化制御に要求されるカウンタ舵角を算出する第２処理と
を含む。
目標舵角は、自動運転舵角とカウンタ舵角の和である。

第３の発明は、第２の発明において、次の特徴を有する。
第１処理は、自動操舵に要求される車両の目標状態量を更に算出する。
第２処理は、ハンドル角を用いることなく、目標状態量に基づいてカウンタ舵角を算出する。

第４の発明は、車両の自動運転を制御する自動運転制御方法を提供する。
車両は、
車両の車輪を転舵する電動パワーステアリング装置と、
ハンドル角と車輪の舵角との比を変更可能な可変ギア比ステアリング装置と
を備える。
自動運転制御方法は、
車輪の目標舵角を算出することと、
車輪の舵角が目標舵角となるように、電動パワーステアリング装置を作動させて車輪を転舵することと、
目標舵角に基づいて、車輪の転舵に起因するハンドル角の変化を抑える方向に可変ギア比ステアリング装置を作動させることと
を含む。

第１の発明によれば、自動運転時、電動パワーステアリング装置を用いて転舵制御が行われる。また、その転舵制御に起因するハンドル角の変化を弱めるためにハンドル角制御が行われる。具体的には、ハンドル角制御は、転舵制御に起因するハンドル角の変化を抑える方向に可変ギア比ステアリング装置を作動させる。これにより、自動運転時のハンドルの急な動きが抑制され、ドライバがハンドルを把持しやすくなる。

第２の発明によれば、車両安定化制御に要求されるカウンタ舵角も考慮して、ハンドル角制御を実施することが可能となる。

第３の発明によれば、車両安定化制御用のカウンタ舵角の算出に、ハンドル角は用いられない。その代わりに、自動操舵に要求される車両の目標状態量が用いられる。これにより、自動運転時のカウンタ舵角をより正確に求めることが可能となる。

第４の発明によれば、第１の発明と同じ効果が得られる。

図１は、本発明の実施の形態に係る車両走行制御装置の構成例を示す概略図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る制御装置の機能構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る非自動運転時の制御処理を示す概念図である。 図４は、比較例に係る自動運転時の制御処理を示す概念図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る自動運転時の制御処理の第１の例を示す概念図である。 図６は、本発明の実施の形態に係る自動運転時の制御処理の第２の例を示す概念図である。 図７は、本発明の実施の形態に係る自動運転制御方法を要約的に示すフローチャートである。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

１．車両走行制御装置の構成例
図１は、本発明の実施の形態に係る車両走行制御装置の構成例を示す概略図である。車両１は、車輪５及び車両走行制御装置１０を備えている。車輪５は、前輪５Ｆと後輪５Ｒを含んでいる。図１に示される例では、操舵対象は前輪５Ｆである。但し、本実施の形態は、操舵対象が前輪５Ｆと後輪５Ｒの両方である４ＷＳ（4 Wheel Steering）の場合にも同様に適用可能である。

車両走行制御装置１０は、車両１の走行を制御する。本実施の形態では、特に、車両走行制御装置１０による転舵制御及び自動運転制御に着目する。転舵制御及び自動運転制御に関連する構成として、車両走行制御装置１０は、転舵装置２０、センサ群７０、運転環境検出装置９０、及び制御装置１００を備えている。

１−１．転舵装置２０
転舵装置２０は、前輪５Ｆを転舵する。具体的には、転舵装置２０は、ハンドル２１、上部操舵軸２２、下部操舵軸２３、ピニオンギア２４、ラックバー２５、タイロッド２６、可変ギア比ステアリング装置３０（以下、「ＶＧＲＳ（Variable Gear Ratio Steering）装置」と呼ばれる）、及び電動パワーステアリング装置５０（以下、「ＥＰＳ（Electric Power Steering）装置」と呼ばれる）を備えている。

ハンドル２１は、ドライバによる操舵操作に用いられる。つまり、前輪５Ｆを転舵させたいとき、ドライバはハンドル２１を回転させる。上部操舵軸２２は、ハンドル２１に連結されている。下部操舵軸２３の一端は、ＶＧＲＳ装置３０を介して上部操舵軸２２に連結されており、その他端は、ピニオンギア２４に連結されている。ピニオンギア２４は、ラックバー２５と噛み合っている。ラックバー２５の両端は、タイロッド２６を介して左右の前輪５Ｆに連結されている。ハンドル２１の回転は、上部操舵軸２２、ＶＧＲＳ装置３０、及び下部操舵軸２３を介して、ピニオンギア２４に伝達される。ピニオンギア２４の回転運動はラックバー２５の直線運動に変換され、それにより、前輪５Ｆの舵角が変化する。

ＶＧＲＳ装置３０は、ステアリングギア比を変更するための装置である。ここで、ステアリングギア比とは、ハンドル角（ハンドル２１の操舵角）と前輪５Ｆの舵角との比であり、上部操舵軸２２の回転角と下部操舵軸２３の回転角との比に比例する。そのため、ＶＧＲＳ装置３０は、上部操舵軸２２と下部操舵軸２３との間をつなぐように設けられている。

より詳細には、ＶＧＲＳ装置３０は、電動モータ３１とＶＧＲＳドライバ３５を備えている。電動モータ３１のハウジングは、上部操舵軸２２の一端に固定されており、上部操舵軸２２と一体に回転する。電動モータ３１のステータは、ハウジング内で固定されている。一方、電動モータ３１のロータ３２は、減速機構を介して、下部操舵軸２３に接続されている。電動モータ３１が回転することによって、上部操舵軸２２と下部操舵軸２３との間の相対回転角、すなわち、ステアリングギア比が変わる。

ＶＧＲＳドライバ３５は、電動モータ３１を駆動するための装置であり、インバータ等を含んでいる。インバータは、図示しない直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を電動モータ３１に供給し、電動モータ３１を駆動する。電動モータ３１の回転を制御することによって、ステアリングギア比を可変に制御することができる。このＶＧＲＳドライバ３５の動作、すなわち、ＶＧＲＳ装置３０の動作は、制御装置１００によって制御される。制御装置１００によるＶＧＲＳ装置３０の制御の詳細は、後述される。

ＥＰＳ装置５０は、前輪５Ｆを転舵する力を発生する装置である。より詳細には、ＥＰＳ装置５０は、電動モータ５１とＥＰＳドライバ５５を備えている。例えば、電動モータ５１は、変換機構５２を介してラックバー２５に連結している。変換機構５２は、例えばボールねじである。電動モータ５１のロータが回転すると、変換機構５２は、その回転運動をラックバー２５の直線運動に変換する。これにより、前輪５Ｆの舵角が変化する。

ＥＰＳドライバ５５は、電動モータ５１を駆動するための装置であり、インバータ等を含んでいる。インバータは、図示しない直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を電動モータ５１に供給し、電動モータ５１を駆動する。電動モータ５１の回転を制御することによって、前輪５Ｆを転舵することができる。このＥＰＳドライバ５５の動作、すなわち、ＥＰＳ装置５０の動作は、制御装置１００によって制御される。制御装置１００によるＥＰＳ装置５０の制御の詳細は、後述される。

１−２．センサ群７０
センサ群７０は、車両１の様々な状態量を検出するために設けられている。例えば、センサ群７０は、トルクセンサ７１、ハンドル角センサ７２、回転角センサ７３、車速センサ７４、ヨーレートセンサ７５、及び横加速度センサ７６を含んでいる。

トルクセンサ７１は、下部操舵軸２３に印加される操舵トルクＴａを検出する。トルクセンサ７１は、検出した操舵トルクＴａを示す検出情報を制御装置１００に出力する。

ハンドル角センサ７２は、上部操舵軸２２の回転角、すなわち、ハンドル角φｓ（ハンドル２１の操舵角）を検出する。ハンドル角センサ７２は、検出したハンドル角φｓを示す検出情報を制御装置１００に出力する。

回転角センサ７３は、下部操舵軸２３の回転角φａを検出する。この回転角φａは、前輪５Ｆの実舵角に対応している。回転角センサ７３は、検出した回転角φａを示す検出情報を制御装置１００に出力する。

車速センサ７４は、車両１の速度である車速Ｖを検出する。車速センサ７４は、検出した車速Ｖを示す検出情報を制御装置１００に出力する。

ヨーレートセンサ７５は、車両１に発生する実ヨーレートＹｒを検出する。ヨーレートセンサ７５は、検出した実ヨーレートＹｒを示す検出情報を制御装置１００に出力する。

横加速度センサ７６は、車両１に作用する実横加速度Ｇｙを検出する。横加速度センサ７６は、検出した実横加速度Ｇｙを示す検出情報を制御装置１００に出力する。

１−３．運転環境検出装置９０
運転環境検出装置９０は、車両１の自動運転制御に用いられる「運転環境情報」を取得する。運転環境情報としては、位置姿勢情報、レーン情報、周辺物標情報、インフラ提供情報などが挙げられる。このような運転環境情報を取得するため、運転環境検出装置９０は、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）装置、地図データベース、センサ、通信装置を含んでいる。

ＧＰＳ装置は、複数のＧＰＳ衛星から送信される信号を受信し、受信信号に基づいて車両１の位置及び姿勢（方位）を算出する。ＧＰＳ装置は、算出した位置姿勢情報を制御装置１００に送る。

地図データベースには、地図上の各レーンの配置を示すレーン情報が記録されている。地図データベースと車両１の位置に基づいて、車両１の周辺のレーン情報を取得することができる。

センサは、車両１の周辺の物標に関する周辺物標情報を検出する。センサとしては、ライダー（LIDAR: Laser Imaging Detection and Ranging）、ミリ波レーダー、ステレオカメラ等が例示される。ライダーは、光を利用して車両１の周辺の物標を検出する。ミリ波レーダーは、電波を利用して車両１の周辺の物標を検出する。ステレオカメラは、車両１の周辺の状況を撮像する。周辺物標は、移動物標と静止物標を含む。移動物標としては、周辺車両や歩行者が例示される。移動物標に関する情報は、移動物標の位置及び速度を含む。静止物標としては、路側物や白線が例示される。静止物標に関する情報は、静止物標の位置を含む。センサは、検出した周辺物標情報を制御装置１００に送る。

通信装置は、情報提供システムからインフラ提供情報を取得する。インフラ提供情報としては、渋滞情報、工事区間情報などが挙げられる。通信装置は、このようなインフラ提供情報を制御装置１００に送る。

１−４．制御装置１００
制御装置１００は、本実施の形態に係る車両走行制御装置１０を制御する。典型的には、制御装置１００は、プロセッサ、メモリ、及び入出力インタフェースを備えるマイクロコンピュータである。制御装置１００は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも呼ばれる。制御装置１００は、入出力インタフェースを通して、センサ群７０から検出情報を受け取り、また、運転環境検出装置９０から運転環境情報を受け取る。これら検出情報及び運転環境情報に基づいて、制御装置１００は、転舵制御や自動運転制御を行う。

図２は、本実施の形態に係る制御装置１００の機能構成を示すブロック図である。制御装置１００は、転舵制御及び自動運転制御に関連する機能ブロックとして、ＶＧＲＳ制御部１３０、ＥＰＳ制御部１５０、ＶＳＣ（Vehicle Stability Control）制御部１７０、及びＡＤＳ（Autonomous Driving System）制御部１９０を備えている。これら機能ブロックは、制御装置１００のプロセッサがメモリに格納された制御プログラムを実行することにより実現される。制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納されていてもよい。

ＶＧＲＳ制御部１３０は、ＶＧＲＳ装置３０（ＶＧＲＳドライバ３５）の動作を制御する。ＥＰＳ制御部１５０は、ＥＰＳ装置５０（ＥＰＳドライバ５５）の動作を制御する。ＶＳＣ制御部１７０は、車両１の走行を安定化するための車両安定化制御を行う。ＡＤＳ制御部１９０は、車両１の自動運転を制御する自動運転制御を行う。

以下、非自動運転と自動運転のそれぞれの場合における制御装置１００による制御処理を詳しく説明する。

２．非自動運転時の制御処理
図３は、本実施の形態に係る非自動運転時の制御処理を示す概念図である。非自動運転時、運転の主体はドライバであり、ドライバがハンドル２１を操作する。すなわち、ハンドル角φｓは、ドライバの操作によって決まる。

＜ＶＳＣ制御部１７０＞
ＶＳＣ制御部１７０は、車両１の走行を安定化するための車両安定化制御を行う。具体的には、ＶＳＣ制御部１７０は、センサ群７０から、ハンドル角φｓ、車速Ｖ、実ヨーレートＹｒ、実横加速度Ｇｙ等の検出情報を受け取る。ＶＳＣ制御部１７０は、これら検出情報に基づいて、横滑り、アンダーステア、オーバーステア等の不安定挙動を検出する。

例えば、ＶＳＣ制御部１７０は、ハンドル角φｓと車速Ｖに基づき、公知の手法によって目標ヨーレートを算出する。そして、ＶＳＣ制御部１７０は、実ヨーレートＹｒと目標ヨーレートとの差であるヨーレート偏差を算出する。ＶＳＣ制御部１７０は、ヨーレート偏差を閾値と比較することによって、オーバーステアあるいはアンダーステアを検出することができる。

車両走行を安定化するには、不安定挙動を打ち消すようなカウンタヨーモーメントを発生させる必要がある。そのようなカウンタヨーモーメントは、左右の車輪５の制動力の差、車輪５の転舵、等によって得ることができる。ここでは、前輪５Ｆの転舵によるカウンタヨーモーメントだけを考える。ＶＳＣ制御部１７０は、カウンタヨーモーメントの発生に必要な前輪５Ｆの舵角の目標変化量を算出する。そのような舵角の目標変化量は、以下「カウンタ舵角δｃ」と呼ばれる。すなわち、ＶＳＣ制御部１７０は、車両安定化制御に要求されるカウンタ舵角δｃを算出する。

＜ＶＧＲＳ制御部１３０＞
ＶＧＲＳ制御部１３０は、ＶＧＲＳ装置３０を用いて「転舵制御（舵角制御）」を行う。具体的には、ＶＧＲＳ制御部１３０は、ハンドル角センサ７２及び回転角センサ７３から、それぞれ、ハンドル角φｓ及び回転角φａの検出情報を受け取る。また、ＶＧＲＳ制御部１３０は、目標回転角あるいは目標相対回転角を算出する。目標回転角は、回転角φａの目標値である。目標相対回転角は、ハンドル角φｓと回転角φａとの差の目標値である。

例えば、ＶＧＲＳ制御部１３０は、ＶＳＣ制御部１７０からカウンタ舵角δｃを示す情報を受け取る。この場合、ＶＧＲＳ制御部１３０は、カウンタ舵角δｃに応じた目標相対回転角を算出する。あるいは、ＶＧＲＳ制御部１３０は、ハンドル角φｓと目標相対回転角の和を目標回転角として算出する。

あるいは、ＶＧＲＳ制御部１３０は、所望の車両運動特性を実現するための前輪５Ｆの目標舵角を算出してもよい。例えば、ＶＧＲＳ制御部１３０は、入力パラメータと目標舵角との関係を示す舵角マップを保持している。入力パラメータは、例えば、ハンドル角φｓ及びハンドル角速度ｄφｓ／ｄｔを含む。入力パラメータは、更に、車速センサ７４により検出される車速Ｖを含んでいてもよい。舵角マップは、所望の車両運動特性を考慮して予め決定されている。ドライバによるハンドル２１の操作に応答して、ＶＧＲＳ制御部１３０は、舵角マップを参照し、入力パラメータに応じた目標舵角を算出する。更に、ＶＧＲＳ制御部１３０は、目標舵角から目標回転角あるいは目標相対回転角を算出する。

そして、ＶＧＲＳ制御部１３０は、検出情報に基づいて、目標回転角あるいは目標相対回転角が得られるように、ＶＧＲＳドライバ３５をフィードバック制御する。ＶＧＲＳドライバ３５は、ＶＧＲＳ制御部１３０からの制御信号に従って電動モータ３１を駆動する。これにより、前輪５Ｆの舵角が、目標回転角あるいは目標相対回転角に応じた値となるように制御される。

＜ＥＰＳ制御部１５０＞
ＥＰＳ制御部１５０は、ＥＰＳ装置５０を用いて「トルクアシスト制御」を行う。具体的には、ＥＰＳ制御部１５０は、トルクセンサ７１から、操舵トルクＴａの検出情報を受け取る。ＥＰＳ制御部１５０は、操舵トルクＴａに基づいてアシストトルクを算出し、アシストトルクが得られるようにＥＰＳドライバ５５を制御する。

例えば、ＥＰＳ制御部１５０は、入力パラメータとアシストトルクとの関係を示すトルクマップを保持している。入力パラメータは、トルクセンサ７１によって検出される操舵トルクＴａを含む。入力パラメータは、更に、車速センサ７４により検出される車速Ｖを含んでいてもよい。トルクマップは、所望のアシスト特性を考慮して予め決定されている。ドライバによるハンドル２１の操作に応答して、ＥＰＳ制御部１５０は、トルクマップを参照し、入力パラメータに応じたアシストトルクを算出する。

そして、ＥＰＳ制御部１５０は、アシストトルクに応じた目標電流指令を算出し、目標電流指令をＥＰＳドライバ５５に出力する。ＥＰＳドライバ５５は、目標電流指令に従って電動モータ５１を駆動する。電動モータ５１の回転トルク（アシストトルク）は、変換機構５２を介してラックバー２５に伝達される。その結果、前輪５Ｆの転舵がアシストされ、ドライバの操舵負担が軽減される。

３．自動運転時の制御処理
次に、自動運転時の制御処理を説明する。自動運転時、運転の主体は、ドライバから自動運転システム（ＡＤＳ制御部１９０）に移る。本実施の形態によれば、運転主体の変更に伴って、ＶＧＲＳ装置３０やＥＰＳ装置５０の役割も適切に変更される。本実施の形態の特徴を分かりやすくするため、まずは比較例から説明する。

３−１．比較例
図４は、比較例に係る自動運転時の制御処理を示す概念図である。ここでは、簡単のため、ＶＳＣ制御部１７０の機能がＯＦＦされている場合を考える。

＜目標舵角算出部１１０＞
目標舵角算出部１１０は、自動運転時の前輪５Ｆの目標舵角δａを算出する。目標舵角算出部１１０は、算出した目標舵角δａを示す情報をＥＰＳ制御部１５０に出力する。そして、目標舵角算出部１１０は、ＥＰＳ制御部１５０に対して、前輪５Ｆを転舵する転舵制御を行うよう指示する。本比較例では、目標舵角算出部１１０は、ＡＤＳ制御部１９０を含んでいる。

＜ＡＤＳ制御部１９０＞
ＡＤＳ制御部１９０は、車両１の自動運転を制御する自動運転制御を行う。自動運転制御には自動加減速及び自動操舵が含まれるが、ここでは特に自動操舵に着目する。ＡＤＳ制御部１９０は、自動操舵に要求される前輪５Ｆの目標舵角を算出する。このＡＤＳ制御部１９０によって算出される目標舵角は、以下「自動運転舵角δｂ」と呼ばれる。

より詳細には、ＡＤＳ制御部１９０は、センサ群７０から、車速Ｖ、実ヨーレートＹｒ、実横加速度Ｇｙ等の検出情報を受け取る。また、ＡＤＳ制御部１９０は、運転環境検出装置９０から運転環境情報を受け取る。そして、ＡＤＳ制御部１９０は、検出情報及び運転環境情報に基づいて、車両１の走行計画を立案する。自動操舵に関連する走行計画の典型例は、車線変更である。

一例として、ＡＤＳ制御部１９０は、運転環境情報に含まれるレーン情報に基づいて、前方のレーン合流地点を認識する。この場合、ＡＤＳ制御部１９０は、レーン合流地点において車線変更を行うことを計画する。

他の例として、ＡＤＳ制御部１９０は、運転環境情報に含まれる周辺物標情報に基づいて、前方の障害物あるいは低速車両を認識する。この場合、ＡＤＳ制御部１９０は、障害物あるいは低速車両を回避するために車線変更を行うことを計画する。

更に他の例として、ＡＤＳ制御部１９０は、運転環境情報に含まれるインフラ提供情報に基づいて、前方の工事区間を認識する。この場合、ＡＤＳ制御部１９０は、工事区間を回避するために車線変更を行うことを計画する。

ＡＤＳ制御部１９０は、走行計画に沿って車両１の走行を自動制御する。特に自動操舵を行う場合、ＡＤＳ制御部１９０は、自動操舵に要求される車両１の目標状態量を算出する。その目標状態量は、自動運転舵角δｂだけでなく、目標ヨーレート、目標横加速度等を含んでいてもよい。そして、ＡＤＳ制御部１９０は、自動運転舵角δｂを示す情報をＥＰＳ制御部１５０に出力する。本比較例では、自動運転舵角δｂが前輪５Ｆの目標舵角δａとなる（δａ＝δｂ）。

＜ＥＰＳ制御部１５０＞
ＥＰＳ制御部１５０は、ＥＰＳ装置５０を用いて「転舵制御（舵角制御）」を行う。すなわち、非自動運転時に「トルクアシスト制御」に用いられていたＥＰＳ装置５０が、自動運転時には「転舵制御」に用いられる。

より詳細には、ＥＰＳ制御部１５０は、目標舵角算出部１１０から、前輪５Ｆの目標舵角δａを示す情報を受け取る。また、ＥＰＳ制御部１５０は、回転角センサ７３から、回転角φａの検出情報を受け取る。この回転角φａは、前輪５Ｆの実舵角に対応している。よって、ＥＰＳ制御部１５０は、回転角φａ及び目標舵角δａに基づいて、前輪５Ｆの舵角が目標舵角δａとなるように、ＥＰＳドライバ５５をフィードバック制御することができる。ＥＰＳドライバ５５は、ＥＰＳ制御部１５０からの制御信号に従って電動モータ５１を駆動する。その結果、前輪５Ｆの舵角が目標舵角δａとなるように制御される。

このように、自動運転時、ＥＰＳ制御部１５０は、前輪５Ｆを転舵するためにＥＰＳ装置５０を作動させる。運転の主体がドライバから自動運転システムに変わったことに伴い、ＥＰＳ装置５０の役割が「トルクアシスト」から「転舵」に変わるのである。

３−２．本実施の形態の概要
以上に説明した比較例に係る自動運転に関し、本願発明者は、次の問題点を認識した。それは、ＥＰＳ装置５０が前輪５Ｆを急に転舵すると、それに連動して、前輪５Ｆとつながっているハンドル２１も急に回転してしまうことである。例えば、自動運転の最中、車両１の前方の障害物を緊急回避するために、自動操舵が急に行われる可能性がある。この場合、急な自動操舵に連動して、ハンドル２１も急に回転する。自動運転中のハンドル２１の急な回転は、次のような観点から好ましくない。

まず、自動運転中にドライバがハンドル２１から手を離している状態（Ｈａｎｄｓ Ｏｆｆ）を考える。例えば、車両１の前方に障害物が存在するとき、ＡＤＳ制御部１９０だけでなくドライバもその障害物を認知する可能性がある。この場合、ＡＤＳ制御部１９０が自動操舵を行うと共に、危険を感じたドライバがオーバーライドしにいく可能性がある。しかし、典型的なオーバーライドの条件は、ドライバがハンドル２１を把持することである。よって、自動操舵によってハンドル２１が早く動いていては、ドライバはオーバーライドしにくいのである。すなわち、ハンドル２１の急な動きは、オーバーライドを難しくする。

また、自動運転中にドライバがハンドル２１を把持している状態（Ｈａｎｄｓ Ｏｎ）を考える。この場合、ハンドル２１が急に動くと、ドライバがハンドル２１を把持し続けることが難しくなる。あるいは、ドライバがハンドル２１の動きに手を取られると、危険である。

そこで、本実施の形態は、自動運転中にドライバにハンドル２１を把持させ易くすることができる技術を提供する。具体的には、上記の転舵制御に起因するハンドル２１の動きを抑える（弱める、緩和する）方向に、ＶＧＲＳ装置３０を作動させる。これにより、自動運転時のハンドル２１の急な動きが抑制され、ドライバがハンドル２１を把持しやすくなる。つまり、ドライバはオーバーライドをより行いやすくなる。あるいは、ドライバがハンドル２１の動きに手を取られる危険性が軽減される。以下、本実施の形態の例をより詳しく説明する。

３−３．第１の例（ＶＳＣ−ＯＦＦ）
図５は、本実施の形態に係る自動運転時の制御処理の第１の例を示す概念図である。上記の比較例の場合と同様に、第１の例では、簡単のため、ＶＳＣ制御部１７０の機能がＯＦＦされている場合を考える。

＜目標舵角算出部１１０、ＡＤＳ制御部１９０＞
目標舵角算出部１１０は、上記の比較例の場合と同様である。目標舵角算出部１１０は、自動運転時の前輪５Ｆの目標舵角δａを算出する。ここでは、ＡＤＳ制御部１９０によって算出される自動運転舵角δｂが目標舵角δａとなる（δａ＝δｂ）。目標舵角算出部１１０は、目標舵角δａを示す情報を、ＥＰＳ制御部１５０及びＶＧＲＳ制御部１３０に出力する。

＜ＥＰＳ制御部１５０＞
ＥＰＳ制御部１５０も、上記の比較例の場合と同様である。ＥＰＳ制御部１５０は、目標舵角算出部１１０から、前輪５Ｆの目標舵角δａを示す情報を受け取る。そして、ＥＰＳ制御部１５０は、目標舵角δａに基づき、ＥＰＳ装置５０を用いて転舵制御を行う。

＜ＶＧＲＳ制御部１３０＞
ＥＰＳ装置５０を用いた上記の転舵制御に連動して、ハンドル２１が回転する、つまり、ハンドル角φｓが変化する。本実施の形態によれば、そのような転舵制御に起因するハンドル角φｓの変化を弱めるための「ハンドル角制御」が、転舵制御と共に行われる。そのハンドル角制御では、ＶＧＲＳ装置３０が用いられる。すなわち、非自動運転時に「転舵制御」に用いられていたＶＧＲＳ装置３０が、自動運転時には「ハンドル角制御」に用いられる。

より詳細には、ＶＧＲＳ制御部１３０は、目標舵角算出部１１０から、前輪５Ｆの目標舵角δａを示す情報を受け取る。ＶＧＲＳ制御部１３０は、その目標舵角δａから、転舵制御に起因するハンドル角φｓの変化の方向を認識することができる。そこで、ＶＧＲＳ制御部１３０は、転舵制御に起因するハンドル角φｓの変化を抑える（弱める、緩和する）方向にＶＧＲＳ装置３０を作動させる。つまり、ＶＧＲＳ制御部１３０は、ハンドル角φｓの変化を抑える方向に電動モータ３１が回転するように、ＶＧＲＳドライバ３５を制御する。

ハンドル角制御によるハンドル角φｓの変化の方向は、転舵制御に起因するハンドル角φｓの変化の方向と逆である。つまり、ハンドル角制御によるハンドル角φｓの変化の方向は、転舵制御に起因するハンドル角φｓの変化を打ち消す方向である。よって、転舵制御と同時にハンドル角制御が行われる場合のハンドル角φｓの変化の速度は、ハンドル角制御が行われない場合よりも低くなる。すなわち、自動運転時のハンドル２１の急な動きが抑制される。その結果、ドライバがハンドル２１を把持しやすくなる。つまり、ドライバはオーバーライドをより行いやすくなる。あるいは、ドライバがハンドル２１の動きに手を取られる危険性が軽減される。

より詳しい説明のため、転舵制御に起因するハンドル角φｓの変化量（絶対値）を、「予測変化量θｐ」とする。この予測変化量θｐは、目標舵角δａから予測することができる。また、ハンドル角制御によるハンドル角φｓの変化量（絶対値）、つまり、電動モータ３１の回転量（絶対値）を、「カウンタ変化量θｃ」とする。このカウンタ変化量θｃは、例えばθｃ≦θｐの関係を満たすように決定される。

例えば、ＶＧＲＳ制御部１３０は、目標舵角δａとカウンタ変化量θｃとの関係を示すハンドル角制御マップを保持している。ＶＧＲＳ制御部１３０は、目標舵角δａとハンドル角制御マップに基づいて、カウンタ変化量θｃを取得する。そして、ＶＧＲＳ制御部１３０は、カウンタ変化量θｃに応じた制御信号をＶＧＲＳドライバ３５に出力する。ＶＧＲＳドライバ３５は、ＶＧＲＳ制御部１３０からの制御信号に従って電動モータ３１を駆動する。

カウンタ変化量θｃが予測変化量θｐと等しい場合（θｃ＝θｐ）、ハンドル２１はほとんど動かないことになる。カウンタ変化量θｃが予測変化量θｐより小さい場合（θｃ＜θｐ）、ハンドル２１は多少動く。ハンドル２１が動く場合、ドライバは、自動運転システムが正常に作動していることを認識し、安心感を得ることができる。

ハンドル角制御は、予測変化量θｐが許容値を超える場合に行われてもよい。この場合、例えば、カウンタ変化量θｃは、「θｐ−θｃ≦許容値」という条件を満たすように決定される。このようなカウンタ変化量θｃでハンドル角制御を行うことにより、ハンドル角φｓの変化を一定レベル以下に抑えることが可能となる。

尚、転舵制御に起因するハンドル角φｓの変化を抑える方向に電動モータ３１を回転させることができれば、少なくとも効果は得られる。上述のようなハンドル角制御マップに基づくフィードフォワード制御であっても、効果は得られる。

あるいは、ハンドル角制御において、ハンドル角φｓや回転角φａの検出情報を用いたフィードバック制御が行われてもよい。例えば、ハンドル角φｓが変化しないようにハンドル角制御が行われてもよい。あるいは、ハンドル角φｓの変化の量が閾値以下となるようにハンドル角制御が行われてもよい。あるいは、ハンドル角φｓの変化の速度が閾値以下となるようにハンドル角制御が行われてもよい。フィードフォワード制御とフィードバック制御の組み合わせでも構わない。転舵制御に起因するハンドル角φｓの変化を抑える方向に電動モータ３１を回転させることができる限り、本実施の形態に係るハンドル角制御はどのようなものであっても構わない。

３−４．第２の例（ＶＳＣ−ＯＮ）
図６は、本実施の形態に係る自動運転時の制御処理の第２の例を示す概念図である。第２の例では、ＶＳＣ制御部１７０の機能がＯＮしている場合を考える。

＜目標舵角算出部１１０、ＡＤＳ制御部１９０、ＶＳＣ制御部１７０＞
第２の例では、目標舵角算出部１１０は、ＡＤＳ制御部１９０だけでなくＶＳＣ制御部１７０も含んでいる。

ＡＤＳ制御部１９０は、上記の第１の例の場合と同様に、自動操舵に要求される自動運転舵角δｂを算出する。また、ＡＤＳ制御部１９０は、自動操舵に要求される車両１の目標状態量ＳＴも算出する。目標状態量ＳＴは、自動運転舵角δｂ、目標ヨーレート、目標横加速度等を含む。ＡＤＳ制御部１９０は、目標状態量ＳＴに関する情報をＶＳＣ制御部１７０に出力する。

ＶＳＣ制御部１７０は、上記の非自動運転の場合と同様に、車両安定化制御に要求されるカウンタ舵角δｃを算出する。但し、自動運転時には、ＶＳＣ制御部１７０は、カウンタ舵角δｃを算出するためにハンドル角φｓを用いない。何故なら、自動運転時の運転の主体は、ドライバではなく、自動運転システム（ＡＤＳ制御部１９０）だからである。自動運転時、ハンドル角φｓは、車両１の目標ヨーレートを必ずしも反映していない。例えば、上述のハンドル角制御の結果、ハンドル角φｓは、車両１の目標ヨーレートとは関係無い量になっているのである。

ハンドル角φｓの代わりに、ＶＳＣ制御部１７０は、運転主体であるＡＤＳ制御部１９０から目標状態量ＳＴに関する情報を受け取る。そして、ＶＳＣ制御部１７０は、その目標状態量ＳＴに基づいてカウンタ舵角δｃを算出する。例えば、ＶＳＣ制御部１７０は、ハンドル角φｓの代わりに自動運転舵角δｂを用いて目標ヨーレートを算出する。あるいは、ＶＳＣ制御部１７０は、目標状態量ＳＴに含まれる目標ヨーレートをそのまま用いてもよい。ハンドル角φｓの代わりに目標状態量ＳＴを用いることによって、自動運転時のカウンタ舵角δｃをより正確に求めることが可能となる。

このように、目標舵角算出部１１０は、自動操舵に要求される自動運転舵角δｂと車両安定化制御に要求されるカウンタ舵角δｃを算出する。第２の例における前輪５Ｆの目標舵角δａは、自動運転舵角δｂとカウンタ舵角δｃの和である（δａ＝δｂ＋δｃ）。目標舵角算出部１１０は、自動運転舵角δｂとカウンタ舵角δｃの和を目標舵角δａとして算出する。そして、目標舵角算出部１１０は、算出した目標舵角δａを示す情報をＥＰＳ制御部１５０及びＶＧＲＳ制御部１３０に出力する。

あるいは、目標舵角算出部１１０は、自動運転舵角δｂとカウンタ舵角δｃの両方を示す情報を、ＥＰＳ制御部１５０及びＶＧＲＳ制御部１３０に出力してもよい。この場合、目標舵角δａは、ＥＰＳ制御部１５０及びＶＧＲＳ制御部１３０の各々において算出される。

＜ＥＰＳ制御部１５０＞
ＥＰＳ制御部１５０は、上記の第１の例の場合と同様である。すなわち、ＥＰＳ制御部１５０は、目標舵角δａに基づき、ＥＰＳ装置５０を用いて転舵制御を行う。

＜ＶＧＲＳ制御部１３０＞
ＶＧＲＳ制御部１３０は、上記の第１の例の場合と同様である。すなわち、ＶＧＲＳ制御部１３０は、目標舵角δａに基づき、ＶＧＲＳ装置３０を用いてハンドル角制御を行う。

変形例として、ＶＧＲＳ制御部１３０は、カウンタ舵角δｃだけを目標舵角δａとして用いてハンドル角制御を行ってもよい。車両安定化のための転舵は、自動運転のための転舵に比べて急であることが多い。よって、ハンドル角制御においてカウンタ舵角δｃだけを目標舵角δａとして用いても、ハンドル２１の急な動きはある程度抑制される。

３−５．自動運転制御方法
図７は、本実施の形態に係る自動運転制御方法を要約的に示すフローチャートである。

ステップＳ１：
制御装置１００は、自動運転時の前輪５Ｆの目標舵角δａを算出する。

ステップＳ２：
制御装置１００は、目標舵角δａに基づき、ＥＰＳ装置５０を用いて転舵制御を行う。具体的には、制御装置１００は、前輪５Ｆの舵角が目標舵角δａとなるようにＥＰＳ装置５０を作動させる。

ステップＳ３：
制御装置１００は、転舵制御と連動してハンドル角制御を行う。このハンドル角制御にはＶＧＲＳ装置３０が用いられる。具体的には、制御装置１００は、目標舵角δａに基づき、転舵制御に起因するハンドル角φｓの変化を抑える方向にＶＧＲＳ装置３０を作動させる。

４．効果
自動運転時、運転の主体は、ドライバから自動運転システムに移る。本実施の形態によれば、運転主体の変更に伴って、ＶＧＲＳ装置３０やＥＰＳ装置５０の役割も適切に変更される。

具体的には、非自動運転時に「トルクアシスト制御」に用いられていたＥＰＳ装置５０が、自動運転時には「転舵制御」に用いられる。更に、非自動運転時に「転舵制御」に用いられていたＶＧＲＳ装置３０が、自動運転時には「ハンドル角制御」に用いられる。これにより、自動運転時のハンドル２１の急な動きが抑制され、ドライバがハンドル２１を把持しやすくなる。つまり、ドライバはオーバーライドをより行いやすくなる。あるいは、ドライバがハンドル２１の動きに手を取られる危険性が軽減される。

本実施の形態は、自動運転に適した新たな制御則を提案していると言える。その新たな制御則によって、ドライバにとって自動運転がより快適なものになる。このことは、自動運転システムに対するドライバの信頼性の向上にも寄与する。

１ 車両
５ 車輪
５Ｆ 前輪
５Ｒ 後輪
１０ 車両走行制御装置
２０ 転舵装置
３０ ＶＧＲＳ装置
３１ 電動モータ
３５ ＶＧＲＳドライバ
５０ ＥＰＳ装置
５１ 電動モータ
５５ ＥＰＳドライバ
７０ センサ群
７１ トルクセンサ
７２ ハンドル角センサ
７３ 回転角センサ
７４ 車速センサ
７５ ヨーレートセンサ
７６ 横加速度センサ
９０ 運転環境検出装置
１００ 制御装置
１１０ 目標舵角算出部
１３０ ＶＧＲＳ制御部
１５０ ＥＰＳ制御部
１７０ ＶＳＣ制御部
１９０ ＡＤＳ制御部

Claims (4)

1. 車両の車輪を転舵する電動パワーステアリング装置と、
   ハンドル角と前記車輪の舵角との比を変更可能な可変ギア比ステアリング装置と、
   前記車両の自動運転を制御する自動運転制御を行う制御装置と
   を備え、
   前記自動運転制御は、
   前記車輪の目標舵角を算出する目標舵角算出処理と、
   前記車輪の前記舵角が前記目標舵角となるように、前記電動パワーステアリング装置を作動させて前記車輪を転舵する転舵制御と、
   前記目標舵角に基づいて、前記転舵制御に起因する前記ハンドル角の変化を抑える方向に前記可変ギア比ステアリング装置を作動させるハンドル角制御と
   を含む
   車両走行制御装置。
2. 請求項１に記載の車両走行制御装置であって、
   前記目標舵角算出処理は、
   前記自動運転における自動操舵に要求される自動運転舵角を算出する第１処理と、
   車両安定化制御に要求されるカウンタ舵角を算出する第２処理と
   を含み、
   前記目標舵角は、前記自動運転舵角と前記カウンタ舵角の和である
   車両走行制御装置。
3. 請求項２に記載の車両走行制御装置であって、
   前記第１処理は、前記自動操舵に要求される前記車両の目標状態量を更に算出し、
   前記第２処理は、前記ハンドル角を用いることなく、前記目標状態量に基づいて前記カウンタ舵角を算出する
   車両走行制御装置。
4. 車両の自動運転を制御する自動運転制御方法であって、
   前記車両は、
   前記車両の車輪を転舵する電動パワーステアリング装置と、
   ハンドル角と前記車輪の舵角との比を変更可能な可変ギア比ステアリング装置と
   を備え、
   前記自動運転制御方法は、
   前記車輪の目標舵角を算出することと、
   前記車輪の前記舵角が前記目標舵角となるように、前記電動パワーステアリング装置を作動させて前記車輪を転舵することと、
   前記目標舵角に基づいて、前記車輪の転舵に起因する前記ハンドル角の変化を抑える方向に前記可変ギア比ステアリング装置を作動させることと
   を含む
   自動運転制御方法。

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